New Horizons è una sonda spaziale sviluppata dalla NASA per l'esplorazione di Plutone e del suo satellite Caronte. Il lancio è avvenuto il 19 gennaio 2006 dalla base di Cape Canaveral e il sorvolo di Plutone ha avuto luogo il 14 luglio 2015, alle 13:49:57 ora italiana.Per ora italiana s'intende: UTC+1 (quando è in vigore l'ora solare, dall'ultima domenica di ottobre all'ultima domenica di marzo), UTC+2 (quando è in vigore l'ora legale, dall'ultima domenica di marzo all'ultima domenica di ottobre).
L'obiettivo primario era studiare la geologia e la morfologia del pianeta nano Plutone e del suo satellite Caronte, creare una mappa della superficie dei due corpi celesti e analizzarne l'atmosfera. Altri obiettivi includevano lo studio dell'atmosfera dei due corpi celesti al variare del tempo, l'analisi ad alta risoluzione di alcune zone di Plutone e Caronte, l'analisi della ionosfera e delle particelle cariche, la ricerca di atmosfera attorno a Caronte, lo studio dei quattro satelliti minori Stige, Notte, Cerbero e Idra, la ricerca di eventuali satelliti o anelli sconosciuti. La missione prevede inoltre che la sonda continui il viaggio nella fascia di Kuiper per inviare dati su quella regione di spazio alla Terra. Il primo gennaio 2019, la sonda ha incrociato l'orbita dell'asteroide 486958 Arrokoth (anche noto come Ultima Thule) nella fascia di Kuiper, sorvolandolo ad una distanza minima di circa 3.500 km.
Lanciata da un razzo Atlas V, con una velocità di , raggiunta allo spegnimento del terzo stadio, è l'oggetto artificiale che ha raggiunto la velocità maggiore nel lasciare la Terra.
La sonda contiene una parte delle ceneri di Clyde Tombaugh, l'astronomo che nel 1930 scoprì Plutone, un CD-ROM con i nomi di 434 000 persone che si sono iscritte al progetto, due monete, due bandiere degli Stati Uniti e un francobollo del 1991 che recita: «Plutone: non ancora esplorato».
Storia Nell'agosto 1992, lo scienziato del JPL Karim Ammar chiamò lo scopritore di Plutone Clyde Tombaugh, chiedendo il permesso di visitare il suo pianeta. "Gli ho detto che era il benvenuto", ricordò in seguito Tombaugh, "anche se dovrà fare un viaggio lungo e freddo." La chiamata alla fine portò a una serie di proposte di missioni su Plutone, che portarono a New Horizons.
Stamatios "Tom" Krimigis, responsabile del dipartimento spaziale dell'Applied Physics Laboratory, uno dei tanti partecipanti al concorso del nuovo Programma New Frontiers della NASA, formò il team della missione con Alan Stern nel dicembre 2000. Nominato principal investigator del progetto, Stern era descritto da Krimigis come «la personificazione della missione Plutone». New Horizons si basava in gran parte sul lavoro di Stern a partire dalla proposta di missione "Pluto 350" e coinvolgeva la maggior parte del team di Pluto Kuiper Express. La proposta della New Horizons era una della cinque presentate e venne selezionata come una delle due finaliste per essere la prima missione del nuovo programma New Frontiers. L'altra finalista, POSSE (Plutone and Outer Solar System Explorer), era anch'essa una missione verso Plutone, ma presentata dall'Università del Colorado - Boulder e supportata dal JPL, dalla Lockheed Martin e dall'Università della California. Tuttavia l'APL era in vantaggio, in quanto avevano recentemente sviluppato il NEAR Shoemaker per la NASA, che era entrato con successo in orbita intorno a 433 Eros all'inizio di quell'anno, atterrando sull'asteroide e suscitando un grande clamore scientifico e ingegneristico.
Nel novembre 2001 New Horizons fu scelta come prima missione della nuova categoria di missioni New Frontiers. Tuttavia, il nuovo amministratore della NASA nominato dall'amministrazione Bush, Sean O'Keefe, non era favorevole a New Horizons e di fatto cancellò il progetto non includendolo nel budget della NASA per il 2003. L'amministratore associato della NASA per la direzione della missione scientifica Ed Weiler suggerì a Stern di fare pressione per il finanziamento di New Horizons nella speranza che la missione appaia nel Planetary Science Decadal Survey, una "lista dei desideri" prioritaria compilata dal National Research Council degli Stati Uniti, che riflette le opinioni della comunità scientifica. Dopo un'intensa campagna per ottenere sostegno per New Horizons, nell'estate del 2002 è stato pubblicato il Planetary Science Decadal Survey del 2003–2013: New Horizons era in cima alla lista dei progetti considerati di massima priorità nella categoria di medie dimensioni della NASA New Frontiers, più costosa delle missioni Discovery ma più piccola delle costose e lunghe missioni del programma Flagship.
Il finanziamento per la missione fu finalmente garantito dopo la pubblicazione del rapporto, e il gruppo di Stern iniziò a costruire la sonda spaziale e i suoi strumenti, con un lancio previsto nel gennaio 2006.
Profilo della missione
Il costo della missione principale, compreso lo sviluppo di veicoli spaziali e strumenti, vettore di lancio, operazioni di missione, analisi dei dati e formazione/sensibilizzazione del pubblico, è di circa 700 milioni di dollari in 15 anni (2001-2016).
Dopo la separazione dal veicolo di lancio, il controllo generale è stato assunto dal Mission Operations Center (MOC) presso l'Applied Physics Laboratory nella contea di Howard, nel Maryland. Gli strumenti scientifici sono gestiti presso il Clyde Tombaugh Science Operations Center (T-SOC) a Boulder, in Colorado. La navigazione viene eseguita presso varie strutture degli appaltatori, mentre i dati sulla posizione di navigazione e i relativi sistemi di riferimento celesti sono forniti dalla Stazione Flagstaff dell'Osservatorio Navale attraverso il quartier generale della NASA e del JPL.
La missione era originariamente considerata come un viaggio verso l'unico pianeta inesplorato del sistema solare. Quando la sonda fu lanciata, Plutone era ancora classificato come pianeta, per poi essere riclassificato come pianeta nano dall'Unione Astronomica Internazionale (IAU) pochi mesi dopo il lancio. Alcuni membri del team New Horizons, incluso Alan Stern, non sono d'accordo con la definizione IAU e descrivono ancora Plutone come il nono pianeta. Anche i satelliti di Plutone Nix e Hydra hanno un legame con la navicella spaziale: le prime lettere dei loro nomi (N e H) sono le iniziali di New Horizons. Gli scopritori delle lune di Plutone scelsero questi nomi anche per questo motivo, oltre alla relazione di Notte e Idra con il mitologico Plutone.
Obiettivi Gli obiettivi della missione New Horizons mirano a rispondere agli ambiti di ricerca individuati dalla comunità scientifica e sotto elencati. A parte quelli riguardanti il sistema di Giove, gli obiettivi dettagliati possono essere suddivisi in tre gruppi:
Obiettivi primari Esaminare la geologia aliena e la morfologia di Plutone e Caronte Mappare le composizioni aliene delle superfici di Plutone e Caronte Descrivere l'atmosfera non ionizzata di Plutone
Obiettivi secondari Descrivere la variabilità dell'atmosfera e della superficie di Plutone Riprendere aree selezionate in stereoscopia Mappare il terminatore in alta risoluzione Mappare le composizioni chimiche di aree selezionate in alta risoluzione Descrivere la ionosfera di Plutone e la sua interazione con il vento solare Ricercare alcuni composti neutri come idrogeno, acido cianidrico, idrocarburi e altri Ricercare un'eventuale atmosfera di Caronte Determinare le albedo bolometriche di Plutone e Caronte Determinare le temperature superficiali di Plutone e Caronte
Obiettivi terziari Esaminare le particelle energetiche attorno a Plutone e Caronte; Raffinare le misurazioni dei parametri e delle orbite; Cercare ulteriori satelliti naturali e anelli.
Sonda e sottosistemi
La sonda, le cui dimensioni sono paragonabili a quelle di un pianoforte a coda, ha la forma di un triangolo con un RTG cilindrico che sporge da un lato e un'antenna parabolica da 2,5 metri di diametro posizionata sul triangolo. Un tubo in lega di alluminio 7075 forma la colonna strutturale principale e all'interno vi si trova il serbatoio del carburante in titanio, che fornisce resistenza e isolamento termico. La struttura è più grande dello stretto necessario, con spazio vuoto all'interno che funge da schermatura, riducendo gli errori elettronici causati dalle radiazioni dell'RTG. Inoltre, la distribuzione della massa richiesta per un veicolo spaziale in rotazione richiede un triangolo più ampio. La sonda all'esterno è schermata per trattenere il calore, mentre l'RTG è una fonte di calore aggiunta quando la sonda si trova nel freddo sistema solare esterno. All'inizio del viaggio invece, mentre si trova nel sistema solare interno, è necessario prevenire il surriscaldamento, l'energia e il calore vengono quindi limitati tramite deviatori di corrente e radiatori.
Propellente e controllo dell'assetto Come propellente viene utilizzata l'idrazina, che fornisce 290 m/s di delta-v dopo il lancio. La sonda è dotata di stabilizzatori lungo i tre assi e lungo le tre possibili rotazioni, coadiuvati da due fotocamere astronomiche, prodotte da Galileo Avionica, per il controllo di assetto; le fotocamere sono montate su un lato della sonda. Il peso totale della sonda, incluso il propellente, è di 470 kg. Viceversa, nel caso in cui non si fosse voluto sfruttare il sorvolo di Giove, la massa massima consentita per la sonda sarebbe stata di 445 kg. Tuttavia ciò avrebbe comportato una minor quantità di propellente disponibile per le operazioni successive nella fascia di Kuiper.
Fonte di energia
L'RTG ha fornito 245,7 W di potenza al momento del lancio e si prevede che scenderà di circa 3,5 W ogni anno, decadendo a 202 W al momento del suo incontro con il sistema plutoniano nel 2015 e decadrà troppo per alimentare i trasmettitori negli anni 2030. Nel 2019 gli RTG fornivano circa 190 W di potenza.
Non sono presenti batterie a bordo, i transistor di carico sono gestiti da un banco di condensatori e interruttori automatici rapidi. L'RTG, modello "GPHS-RTG", era originariamente un ricambio della missione Cassini e contiene 9,75 kg di pellet di plutonio-238, ognuno rivestito di iridio racchiuso in un guscio di grafite.
Comunicazioni La sonda comunica utilizzando la banda X con un'antenna ad alto guadagno del diametro di 2 metri che da Plutone può trasmettere alla velocità di 1 Kbit/s mentre da Giove trasmette a 38 kbit/s. L'antenna è fissa quindi la sonda deve modificare il suo orientamento con grande precisione per trasmettere i dati raccolti a terra e che vengono ricevuti dal Deep Space Network. Oltre alla bassa velocità di trasferimento dati, la distanza di Plutone provoca anche una latenza di circa 4,5 ore (solo andata). La sonda aveva a disposizione anche un'antenna parabolica a medio guadagno e due a basso guadagno di riserva, queste ultime utilizzate solo nelle prime fasi della missione, in vicinanza della Terra, o per emergenze.
Strumenti
La sonda è dotata di sette strumenti principali: LORRI (Long Range Reconnaissance Imager), camera dotata di telescopio Ritchey-Chrétien di 203 mm di diametro e dotata di imager CCD pancromatico con risoluzione di 1024 × 1024 pixel. Non ha parti mobili e viene puntato modificando l'orientamento dell'intera sonda. PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation), spettrometro utilizzato per misurare la composizione e l'energia di ioni ed elettroni con un'energia compresa tra e 1 MeV. L'obiettivo è caratterizzare il processo di fuga dall'atmosfera di Plutone e, secondariamente, determinare le possibili interazioni tra la ionosfera e il vento solare. Ralph, telescopio di 75 mm di apertura, è un imager e uno spettrometro nel visibile e nell'infrarosso in grado di fornire mappe di obiettivi astronomici rilevanti. È dotato di due sottostrumenti: un CCD per le lunghezze d'onda nel visibile e a colori (MVIC) e uno spettrometro per l'infrarosso (LEISA). Condivide le stesse ottiche di Alice.