New Horizons

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
New Horizons
De New Horizons sonde.
De New Horizons sonde.
Organisatie NASA
Hoofdaannemer APL
Missienaam New Horizons / 28928
Lanceringsdatum 19 januari 2006
Lanceerbasis Cape Canaveral Air Force Station, platform 41
Draagraket Atlas V
Massa Totaal 465 kg, exclusief brandstof 385 kg
Doel Pluto, daarna Kuipergordel
Fly by Planetoïde 2002 JF56:
- 13 juni 2006 op 101.867 km
Jupiter:
- 28 feb. 2007 op 2.300.000 km
Pluto:
- 14 juli 2015 op 12.500 km
Portaal  Portaalicoon   Heelal

New Horizons is de eerste missie van een ruimtesonde naar de dwergplaneet Pluto. De NASA lanceerde deze onbemande missie met een Atlas 5-raket. De lancering vond plaats op 19 januari 2006. Dit was twee dagen later dan gepland, door het slechte weer op 17 januari en door een technisch defect op 18 januari.

Doelstellingen[bewerken]

De New Horizons zal het uitzicht, de samenstelling en de atmosfeer van de dwergplaneet Pluto met zijn manen en andere Kuipergordelobjecten (waar Pluto en zijn manen deel van uitmaken) onderzoeken. Dit laatste zal na een ontmoeting met en onderzoek van Pluto plaatsvinden. Hiertoe gebeurt onderzoek in de zichtbare golflengte voor het uitzicht, in het infrarode spectrum voor de oppervlaktesamenstelling, en in het ultraviolette spectrum voor de samenstelling van de atmosfeer. De deeltjes die de atmosfeer verlaten zullen bestudeerd worden en tevens het effect van de zonnewind op de atmosfeer.

Na passage van Pluto (en een lopend verzoek tot aanvullende financiering voor een verlengde missie, want die loopt officieel tot 1 oktober 2016)[1] ging New Horizons op weg naar objecten in de Kuipergordel. Met behulp van de Hubble maakten onderzoekers in de zomer van 2014 in anderhalve maand tijd een voorlopige selectie van vijf interessante objecten. Aanvullende waarnemingen in oktober 2014 beperkten de keuze verder tot twee mogelijke doelen. De sonde heeft een beperkte hoeveelheid manoeuvreerbrandstof. Het ene object, 2014 MU69, had een geschatte diameter van 45 km en was relatief klein en duister. Een passage met dit object kan geschieden met relatief laag brandstofverbruik. Het andere object, 2014 MU70, had een grotere helderheid bij een diameter van 76 km en was vanuit wetenschappelijk oogpunt interessanter maar deed een groter beroep op de brandstofvoorraad. Bijkomende aandachtspunten voor 2014 MU69 zijn de positie van de zon ten tijde van aankomst en de geringe helderheid. De kans bestaat dat men hierdoor tijdens de laatste naderingsfase alsnog veel brandstof verbruikt tijdens koerscorrecties. Een beslissing welk object wordt bezocht stond gepland voor augustus 2015, waarvoor New Horizons omstreeks oktober 2015 een baanwijziging moet doorvoeren. Baancorrecties op een later tijdstip verhogen zowel het brandstofverbruik als de risico's. Een eventuele ontmoeting met 2014 MU69 zal pas plaatsvinden rond Nieuwjaarsdag 2019. Andere objecten uit de Kuipergordel zal New Horizons vanaf grote afstand onderzoeken. Zowel de energievoorziening als communicatiesysteem van New Horizons zijn hierop ontworpen. Bovendien functioneren de wetenschappelijke instrumenten nog bij veel lagere lichtsterktes dan die bij 2014 MU69 heersen.[2][3] Hoewel de financiering voor een aanvullende missie nog niet rond was viel de keus eind augustus op 2014 MU69. De afstand van New Horizons tot dit Kuipergordelobject was anderhalf miljard kilometer; een vlucht van drie jaar en vier maanden. Door de keuze voor 2014 MU69 houdt de sonde brandstof over voor aanvullende manoeuvres.[4]

Tijdsplanning[bewerken]

Lancering

New Horizons moest Pluto volgens de projectleiding zo snel mogelijk bezoeken, omdat Pluto een sterk elliptische baan om de zon beschrijft en sinds 1989 steeds verder van de zon (en dus ook van de aarde) verwijderd raakt. De omlooptijd rond de zon bedraagt 247,7 jaar; een volgende gelegenheid laat volgens de projectleiding lang op zich wachten: rond 2120 zal Pluto het aphelion van zijn baan bereiken en pas rond 2230 bevindt de planeet zich weer zo dichtbij als ten tijde van de lancering. Nadelen van een grote afstand zijn:

  • De atmosfeer van Pluto kan te koud worden en bevriezen. Dit kan gebeuren tussen 2015 en 2020. Nu heeft men nog een kans de atmosfeer te onderzoeken.
  • Er valt minder licht op Pluto, waardoor het moeilijker is om Pluto optisch in kaart te brengen.

Belangrijke data[bewerken]

  • Negen uur na de lancering passeerde New Horizons de baan van de maan.
  • Op 7 april 2006 werd de omloopbaan van de planeet Mars gepasseerd.
  • Op 13 juni 2006 passeerde de sonde planetoïde 2002 JF56 op een afstand van 101.867 km. De Internationale Astronomische Unie hernoemde deze later naar 132524 APL (APL staat voor Applied Physics Laboratory van de Johns Hopkins University). Dit als erkenning voor de prestatie van de door APL gebouwde NEAR Shoemaker sonde.[5]
  • Op 28 februari 2007 werd de planeet Jupiter gepasseerd, waarbij de sonde gebruik kon maken van een zwaartekrachtslinger.
  • Op 8 juni 2008, passeerde New Horizons de omloopbaan van de planeet Saturnus.
  • Op 18 maart 2011 passeerde de sonde de omloopbaan van Uranus.
  • Op 12 februari 2013 had het ruimteschip een snelheid van 15,58 km/s; oftewel ongeveer 3,284 AE per jaar, en bevond zich 25,49 AE van de zon, ongeveer halfweg de baan van Uranus en Neptunus. De sonde bevond zich toen op een afstand van 7,04 AE tot Pluto.[6] Een radiobericht vanaf het ruimteschip doet er van daar af ongeveer 2 uur en 40 minuten over om de aarde te bereiken, en een bericht met reactie duurt dus minstens 5 uur en 20 minuten.
  • Tussen 3 en 27 januari 2012 haalde de vluchtleiding de sonde tijdelijk "uit winterslaap" om de instrumenten te testen. [7]
  • 17 januari 2014 werd het opnieuw kortstondig uit de winterslaap gehaald. 27 mei 2014 was de afstand tot de zon 29,46 AE; tot de aarde 28,66 AE, de afstand tot Pluto was 3,29 AE. Een radiobericht met antwoord deed er 7 uur 56 minuten over; de snelheid ten opzichte van de zon was 14,34 km/s.
  • Op 25 augustus 2014 werd de baan van Neptunus gepasseerd.
  • Op 14 juli 2015 passeerde het ruimteschip Pluto op een afstand van ongeveer 12.500 km.

Verloop passage Pluto en Charon[bewerken]

Reeds een jaar voordat Pluto bereikt wordt, zullen de camera's beelden doorsturen van Pluto en zijn manen. Drie maanden voor de aankomst zullen de camera's op een afstand van 105 miljoen km de eerste kaarten kunnen samenstellen en spectrummetingen uitvoeren. Als door het verwijderen van Pluto van de zon de atmosfeer bevriest, dan zal een seizoensverandering op Pluto gevolgd kunnen worden. De laatste 12 dagen voor het bereiken van Pluto (twee Pluto-dagen, dus twee omwentelingen van Pluto), zullen spectrummetingen uitgevoerd worden, waardoor veranderingen tijdens een Pluto-dag kunnen bestudeerd worden over een gebied van 48 kilometer. Tijdens het passeren van Pluto zal de ultraviolette emissie van Pluto's atmosfeer gemeten worden. Er zullen kaarten gemaakt worden in groen, blauw, rood en een golflengte die specifiek is voor bevroren methaan op de oppervlakte. De sonde naderde Pluto tot op 12 500 km en Charon tot op 27 000 km. De beste foto's van Pluto zullen een resolutie hebben van 60 meter.

Op 6 december 2014 ontwaakte de sonde op instructie van NASA uit zijn winterslaap. Het bevestigingssignaal van New Horizons deed er 4 uur en 26 minuten over om de aarde te bereiken. De instructies om te ontwaken waren al voorgeprogrammeerd in de boordcomputer in augustus 2014. Het opstarten nam anderhalf uur in beslag. Na enige weken testen, begon de daadwerkelijke missie op 15 januari 2015. Toen startte de sonde de waarnemingen van Pluto. New Horizons passeerde Pluto op 14 juli 2015.

Het instrument LORRI (Long-Range Reconnaissance Imager) observeert vanaf half januari voortdurend Pluto en zijn manen. Door de gemaakte opnamen krijgt de vluchtleiding een beter inzicht, hoever de sonde nog van Pluto verwijderd is. De afstand tot Pluto bedroeg medio januari nog 220 miljoen km. Daarnaast dienen deze als basis voor de noodzakelijke koerscorrecties. Zowel de planeet als zijn manen waren begin 2015 slechts als heldere stippen op de foto's zichtbaar, maar helpen de exacte positie van de planeet te bepalen. De timing speelt een cruciale rol in het richten van het vaartuig en instrumenten tijdens passage. [8] Op 8 maart 2015 verzond de vluchtleiding, mede naar aanleiding van de ontvangen opnamen, instructies voor een koerscorrectie. De sonde voerde deze op 10 maart uit. De snelheid van ongeveer 14,5 km/sec werd met 1,14 m/sec verlaagd. Reden hiervoor waren de bijgestelde baanberekeningen van Pluto en Charon. Deze manoeuvre nam 93 seconden in beslag. Als gevolg van de correctie kwam New Horizons 14 minuten en 30 seconden later bij Pluto aan. [9]

Betere foto's[bewerken]

Doorgeseinde opnames van april 2015, op 103 à 111 miljoen km afstand, toonden voor het eerst in de geschiedenis details van het planeetoppervlak. Het heldere gebied rond de pool is mogelijk een poolkap (in dit geval van moleculaire stikstof, N2). In juli 2015 was New Horizons Pluto voldoende genaderd om hierover uitsluitsel te geven.[10] De vluchtleiding vond geen gevaarlijke stofwolken, ringen of nieuwe maantjes op de foto's. De koers van de verkenner behoefde daarom niet te worden aangepast (New Horizons kon tot uiterlijk 4 juli een veiliger traject kiezen).[11]

Sonde schakelt zichzelf tien dagen voor passage uit[bewerken]

Door een fout in een reeks instructies schakelde New Horizons op 4 juli terug naar veiligheidsmodus. De fout was lastig op te sporen en enige minder belangrijke waarnemingen leden er onder. Op 6 juli vond de vluchtleiding de fout en startte de sonde opnieuw op. Een radiosignaal had op deze afstand 4½ uur nodig voor een enkele reis. Het duurde dus 9 uur voordat de Aarde antwoord ontving.[12] De vluchtleiding verloor bijna anderhalf uur lang alle contact. De automatische piloot aan boord kreeg in de gaten dat er iets misliep en schakelde over naar de reserveboordcomputer. New Horizons legde alle wetenschappelijke waarnemingen stil en herstelde het radiocontact, waarna het informatie over de toestand aan boord overseinde. Door de grote afstand verliep het opnieuw opstarten omslachtig.[13] Op 8 juli verzond het vaartuig weer foto's.[14]

Na Pluto en Charon[bewerken]

Op 24 juli had New Horizons 5% van zijn verzamelde gegevens doorgeseind. Om de gegevens sneller te ontvangen, kan het vaartuig roteren. Hierdoor kunnen meerdere navigatiesystemen worden uitgeschakeld, hetgeen veel energie bespaart. Hierdoor kan de sonde een tweede antenne gebruiken voor contact met de Aarde.[15] Het DSN kan niet continu radiocontact met de sonde onderhouden; ook andere missies doen een beroep op het netwerk. Daarom stuurt New Horizons eerst een gecomprimeerde bundel gegevens naar de Aarde. Pas daarna verzendt de sonde het volledige pakket aan wetenschappelijke gegevens.[16]

New Horizons in de cleanroom

Waarneming van 2014 MU69 problematisch[bewerken]

Een ontmoeting met het nieuwe missiedoel kent, ook na financiële goedkeuring, behoorlijk wat technische problemen. Een correcte berekening van 2014 MU69's omloopbaan vereist veel aanvullende waarnemingen. Door zijn geringe afmetingen reflecteert 2014 MU69 met een magnitude van 26,8 slechts zeer weinig licht. Voor de meeste aardse telescopen is dit Kuipergordelobject niet waarneembaar, met als mogelijke uitzonderingen de Subaru-telescoop en het Gemini Observatorium. New Horizons moet daarom afgaan op waarnemingen door Hubble om op de juiste koers te blijven. Tot enkele maanden voor de passage levert deze de beste beelden.

Pas zo'n 80 dagen voor passage (oktober 2018) zal New Horizons naar verwachting betere opnames van 2014 MU69 leveren. Exacte informatie over de precieze afstand tot 2014 MU69 zal pas drie dagen voor de ontmoeting bekend zijn. Tijdens de vlucht naar 2014 MU69 onderzoekt het ruimtevaartuig vanaf grote afstand tien à twintig andere Kuipergordelobjecten. Na 2014 MU69 is het zeer onwaarschijnlijk dat New Horizons nogmaals een Kuipergordelobject bezoekt, want deze is gesitueerd aan de buitengrens van de Kuipergordel. [17]

Energievoorziening[bewerken]

Omdat zonnepanelen op grote afstanden van de zon niet bruikbaar zijn maakt New Horizons gebruik van een thermo-elektrische radio-isotopengenerator (RTG), waarbij hitte als gevolg van verval van plutonium(IV)oxide via het Seebeck-effect in elektriciteit wordt omgezet. De generator is speciaal ontworpen om eventuele ongelukken bij de lancering zonder radioactieve lekken te kunnen doorstaan.[18] Door NASA uitgevoerde studies tonen aan dat bij een dergelijk ongeluk de gezondheidsgevolgen minimaal zouden zijn.

Foto door New Horizons die een ±290 km grote aspluim van een vulkaanuitbarsting op Io toont, genomen tijdens de passage van Jupiter in 2007

Kosten[bewerken]

In eerste instantie begrootte men de kosten voor deze missie op minder dan 550 miljoen dollar.[19]. Na verloop van tijd liep dit op tot ongeveer 700 miljoen dollar over het tijdvak 2001-2016. Dit bedrag omslaat de kosten voor ontwikkeling en bouw van ruimtevaartuig en wetenschappelijke instrumenten, lancering, volgen van de sonde, analyse van ingekomen gegevens, educatie en publieksvoorlichting.[20] Met dit bedrag neemt New Horizons een middenpositie in vergeleken met andere langdurige missies. De MESSENGER kostte 446 miljoen dollar, de Cassini-Huygens ruim 3½ miljard dollar.[21][22]

Trivia[bewerken]

  • New Horizons is de sonde met de hoogste lanceersnelheid van een sonde ooit: 16,26 km/s t.o.v. de aarde en, door toevoeging van de invloed van de draaiing van de aarde, een totale lanceersnelheid van bijna 45 km/s.[23] De snelheid van New Horizons was tot aan Jupiter ongeveer 57 600 kilometer per uur en hierna ongeveer 75 200 kilometer per uur.
  • Aan boord van de sonde bevindt zich een deel van de as van de ontdekker van Pluto, Clyde Tombaugh.
  • Ook aan boord cd-rom met 434.000 namen, stukje metaal van Spaceship-One, 2 Amerikaanse vlaggetjes, cd-rom met de foto's van al het New Horizons personeel,kwart dollarmunt van Florida (lancering) en Maryland (bouw) en een Amerikaanse postzegel uit 1991 waarop staat: 'Pluto, not yet explored'
  • New Horizons is in staat gegevens te versturen met een snelheid van 38 000 bits per seconde. Eenmaal bij Pluto is dit, vanwege de extreme afstand, 600 à 1200 bits per seconde. Om met het Deep Space Network te communiceren dient de schotelantenne van de sonde naar de Aarde gericht te zijn.
  • Het brein van de New Horizons is een Mongoose-V-processor die op 12 MHz draait.
  • New Horizons heeft twee solid-state harde schijven van elk 8 Gb (een primaire en een backup).
  • Het duurt 16 maanden om de complete gegevensset die New Horizons heeft verzameld (tijdens de passage) te downloaden naar de Aarde.
  • New Horizons heeft $700 miljoen gekost en heeft een massa van 385 kg. Inclusief 80 kg brandstof komt de totale massa op 465 kg.
  • De aanwezige ± 11 kilo plutoniumdioxide levert 228 watt vermogen tijdens het rendez-vous met Pluto.
  • Om vanuit een baan om de Aarde foto's van Pluto te maken met dezelfde details als op de opnames van New Horizons, zou de telescoopspiegel een diameter moeten hebben van 3 km.[24]

Externe link[bewerken]