Wie konnte es zu Pluto kommen So schnell?

Am 14. Juli der New Horizons Raumsonde Geschichte zu machen, wenn sie vorbei an Pluto, früher bekannt als der neunte Planet fährt. Noch unglaublicher ist, wie schnell wir dort ankamen. Die Sonde 3 Milliarden Meilen gereist in neuneinhalb Jahren. Das ist etwa 1 Million Meilen pro Tag seit fast zehn Jahren. Wie zum Teufel haben wir es?

Umfang und Zeitplan ausmachte viel. So hat Jupiter. Seit den frühen Tagen des Raumfahrtzeitalters haben wir gelernt, Natur, Jahre vor unseren interplanetaren Reisen zu rasieren nutzen. Hier ist, wie der Menschheit allererste Pluto zur Aufgabe gemacht, die Langstrecke mit rasender Geschwindigkeit.

Der schnellste Start In der Geschichte

Am Nachmittag des 19. Januar 2006 brüllte ein Klavier mittlere Raumschiff 1.040 Pfund in den Himmel an Bord einer Atlas V-Rakete. Nach nur 45 Minuten von seinen festen Brennstoff-Kick-Motor trennt, wurde neue Horizonte von der Erde im Sonnensystem Fluchtgeschwindigkeit, etwa 36.000 Meilen pro Stunde geschleudert. Es war die höchste Geschwindigkeit, an der ein Raumschiff, das je die Erdanziehungskraft, entgangen ist besting den bisherigen Start Geschwindigkeitsrekord (32, 400 km/h) durch die Pioneer 10 Sonde im Jahr 1972.

Neue Horizonte starten Sie an Bord einer Atlas V-Rakete. Auf Wiedersehen für immer, die Erde. Bild-Gutschrift: NASA/KSC

Wie haben wir neue Horizonte aus dem Boden so schnell? Im Grunde, Größe. Das kompakte Handwerk wurde entwickelt, um Licht auf Leistung und Kraftstoffeffizienz, reservieren Sie die meisten ihrer Nutzlast für seine sieben Instrumente an Bord Wissenschaft ausgeführt. Abheben umfasste das neue Horizonte Antriebssystem nur 170 Pfund Hydrazin-Treibstoff. Das ist eine winzige Menge, wenn man bedenkt das Handwerk Reise, aber es war nur für Korrekturen der Flugbahn und Spinup/Spindown Manöver verwendet werden soll.

Das heißt, wäre New Horizon zehnjährigen, 3 Milliarden Meile Reise grundsätzlich Antrieb frei. (Nun, wenn das klingt wie das beste Auto Verkaufsgespräch, je.)

Nach dem abheben, neue Horizonte empfangene zusätzliche Geschwindigkeit Schub von orbital Erdbewegung um die Sonne, das ist ca. 18,6 Meilen pro Sekunde tangential an der Kreisbahn. Insgesamt barreled dann die Sonde in das Sonnensystem mit einer heliozentrischen (Sonne-Relative) Geschwindigkeit von fast 100 tausend Meilen pro Stunde.

Der Zeitpunkt des Starts war kritisch. Basierend auf der Orbitalposition der Erde, sah NASA ein kurzes Zeitfenster von Mitte Januar bis Anfang Februar 2006 in dem der New Horizons Raumsonde gestartet werden konnte um einen engen Pass machen von Jupiter im Jahr 2007. Und wir brauchten Jupiter große Zeit.

Die schnellste Route zwischen zwei Punkten auf der Erde möglicherweise eine gerade Linie, aber wenn es um die Erforschung des äußeren Sonnensystems geht, nichts geht über einen kleinen kosmischen tritt aus massiven Schwerkraft Jupiters gut.

Jupiters große Gravity Assist

Dank seiner schnellen Start gemacht neue Horizonte die 500 Millionen Meile Reise zum Jupiter in knapp einem Jahr, schneller als jede der sieben vorherigen Jupiter-gebundene Aufgaben. Aber die Anziehungskraft der Sonne ist unerbittlich und mit der Zeit, die neue Horizonte Jupiter Anfang 2007 erreicht, es hatte verlangsamte sich (nur!) 43.000 Meilen pro Stunde. Jupiter würde dazu beitragen, neue Horizonte zurückzugewinnen, was sie verloren hatte.

Als es dem Gasriesen näherte, begann neue Horizonte einmal mehr beschleunigen durch die ungeheure Schwerkraft Jupiters, die auch das Raumfahrzeug Flugbahn biegen eingeholt. Am 28. Februar 2007, die winzigen Sonde seine größte Annäherung an das Gas riesigen vorgenommen und dann warf sich, Zieheranfälligkeit einiges an Jupiters Dynamik in einer Bewegung, die Raketenwissenschaftler nennen eine "Gravity Assist." Im Wesentlichen als neue Horizonte in Jupiters Gravitationsfeld gezogen wurde, erlangte sie kinetische Energie in Höhe von fast 9.000 Meilen pro Stunde Wert der Geschwindigkeit, erhöht seine Geschwindigkeit auf mehr als 52.000 Meilen pro Stunde.

Um die Bücher zu balancieren, verloren Jupiter so viel kinetische Energie als neue Horizonte gewonnen, wodurch es zu ein wenig näher an der Sonne fallen. Heute ein Jahr auf Jupiter ist etwas kürzer, als es vorher war – alles nur, weil Menschen wollten einen guten auf Pluto Blick.

Neue Horizonte heliozentrische Geschwindigkeit während seiner Mission über JHU Mission Entwurfsdokument von Guo & Farquhar

Die Wirkung des Jupiters Schwerkraft Assist sehen, in der Grafik oben, die zeigt uns die Sonde die heliozentrische Geschwindigkeit als Funktion der von der Sonne entfernt. Zum Vergleich: die folgende Grafik zeigt Voyager 2 Flugbahn über unser Sonnensystem von 1977 bis 1989. Wie Sie sehen können, verwendet Voyager 2 mehrere schwere Assists zu einem schnellen Tempo halten, da es die Planeten im äußeren Sonnensystem tourte. Beide Satelliten weiter an Geschwindigkeit zu verlieren, wie sie in den Außenbereichen des Sonnensystems geleitet, sondern mit einer abnehmenden Rate als Gravitationsfeld der Sonne geschwächt. (Die schwächeren Gravitationskraft der Sonne erklärt auch, warum Sonnensystem Fluchtgeschwindigkeit abnimmt, da wir nach außen fahren.)

Image via Cmglee, Wikipedia

Voyager clever Route bot das Raumschiff eine Reihe von Geschwindigkeit steigert und ermöglicht es, eine Fundgrube für Planetologie Daten zu sammeln. Ebenso schickte New Horizon Jupiter Umweg zurück eine Fülle von faszinierenden Intel auf größte Planet unseres Sonnensystems, Blitz in der Nähe von Polen, die interne Struktur der Vulkane auf Io und den Pfad der geladenen Teilchen durchqueren die Länge von dem Gasriesen lange magnetische Tail enthüllt.

Ach ja, und es rasiert auch drei volle Jahre aus der Reise bis zum Pluto.

Der Ansatz und darüber hinaus

Für die nächsten sieben einhalb Jahre neue Horizonte leise über interplanetaren Raum, auf der längsten Etappe seiner Reise gesegelt. Seine letzte große Wegpunkt vor der Pluto-Ansatz am 25. August 2014, kam bei einem anderen Datensatz Neptuns überqueren einige orbit 2,75 Milliarden Meilen von der Erde in acht Jahren, acht Monaten entfernt. (Zufälligerweise Raumsonde Voyager 2 gemacht seine viel näher Neptun 25 Jahre früher in den Tag vergehen. Ein kosmischer Zufall, vielleicht, aber eine, die jeder hat als viel versprechende Zeichen dessen, was kommen.)

Um die volle Flugbahn zu relativieren, sind hier ein paar Bilder von der NASA:

Bilder über NASA

Für das vergangene Jahr hat neue Horizonte weiterhin den Kurs, Geschwindigkeit langsam zu verlieren, wie es nähert sich Pluto. Neue Horizonte historischen Vorbeiflug wird nicht noch genau einen gemütlichen Spaziergang sein. Bei 11:50 UTC am 14. Juli, das Raumschiff bei einer Blasenbildung 30.000 Meilen pro Stunde im Vergleich zu den Zwergplaneten Oberfläche an Pluto vorbei Segeln.

Nach neuen Horizonten einige Zeit Pluto und seine drei Monde zu erforschen verbringt, werden es hoffentlich den Kuiper-Gürtel, eine große Felge von ur, eisigen Schutt weiter, die unser Sonnensystem umkreist. Die drei viel versprechende Kupiter Gürtel Objekte oder KBOs, die NASA hat ID würde als Ziele alle etwa 1 Milliarde Meilen von Pluto sind, und es noch drei bis vier Jahren dauert zu einer von ihnen neue Horizonte. NASA wartet darauf, einige der Wissenschaft von die Primärmission Pluto zurückbekommen, bevor eine endgültige Entscheidung über die Verlängerung der Kuiper-Gürtel. In der Zwischenzeit sind die mind-blowing Möglichkeit übrig, dass bis 2020, neue Horizonte home Daten auf einem kosmischen Friedhof 4 Milliarden Meilen entfernt strahlte sein könnte.

Und nach dem Kuiper Gürtel? Neue Horizonte soll schließlich Voyager 1 und 2 als die dritte menschliche Sonde zum interstellaren Raum geben beitreten. Fast 40 Jahren ins Leben gerufen, sind beide der Voyager-Sonden noch in Kommunikation mit der Erde, wie sie über die kosmische Hinterland Wandern. Es ist unmöglich zu sagen wie weit von zu Hause aus alle diese Sonden erhalten.

Aber eins ist doch klar, ist, dass New Horizon erstaunliche Reise hat gerade erst begonnen.

Korrektur 12.07.15: eine frühere Version von diesem Post erklärt, dass ein Jahr auf Jupiter etwas länger ist als es früher wegen der New Horizons-Schwerkraft-Assist. Da Jupiters orbitale Periode sank leicht nach dem Verlust an kinetischer Energie, ein Jahr auf Jupiter in der Tat, etwas kürzer ist, als es verwendete zu sein.

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Top Bild: Pluto und seinem Mond Charon, aufgenommen von New Horizons am 8. Juli aus einer Entfernung von 3,7 Millionen Meilen. Über NASA-JHUAPL-SWRI