新疆界計畫

新疆界計劃（New Frontiers program）是美國宇航局正在執行的一系列太空探索任務，目的是加深人類對太陽系的了解^[2]，該類項目選擇的是能夠提供高科學回報的中級任務。

截至2016年1月新疆界計劃網站標題。^[1]

美國航天局鼓勵國內外科學家為該項目提交任務建議，新疆界計劃是建立在發現和探索者計劃所採用的項目負責人主導制的創新方式上。它適用於無法在發現級限定的費用和時間內完成的中型任務，但沒有旗艦任務那樣大。

目前己實施的新疆界任務有三項，分別為：2006年發射並於2015年抵達冥王星的新視野號探測器；2011年發射，2016年進入木星軌道的朱諾號探測器以及2016年9月飛往貝努小行星，並在2018年至2021年進行詳細研究，2023年取樣返回地球的奧西里斯號探測器。

2019年6月27日，「蜻蜓號太空飛行器」被選為新疆界計劃的第四次任務，對土衛六進行詳細探測^[3][4]。

歷史

2013年10月，「朱諾號」探測器在飛掠木星途中拍攝的地球照片。

新疆界計劃由美國宇航局制定和倡導，2002年和2003年獲得國會批准。當時這項工作由兩位長期在美國宇航局總部工作的科學副署長愛德華·韋勒（Edward Weile）和太陽系探索部主任柯林·哈特曼（Colleen Hartman）負責。在該計劃獲得正式批准和撥款之前，冥王星探索任務就已被選定，所以被稱為「新視野號」的冥王星任務，也被算入新疆界計劃中。

2003年，美國國家科學院的行星科學十年調查計劃確定了一些目標，這些目標隨後成為新疆界計劃第一次競選任務的目的地。哈特曼根據甘迺迪總統1960年的演講選擇了該項目的名稱，他在演講中說：「我們今天站在新疆域的前沿」。擬議任務概念的實例依據行星科學十年調查目標可分為兩大類^[5]

• 「太陽系內的新疆界：綜合性探索戰略」
  • 柯伊伯帶冥王星探險器（新視野號）
  • 搭載有探測器的木星極地軌道器（朱諾號）
  • 金星實地探測器
  • 月球南極-艾托肯盆地取樣返回任務
  • 彗星表面採樣返回任務：彗星天體生物學探索取樣返回（凱撒號）（另見類似的「奧西里斯號」，計劃用於近地天體，而非彗星。）
• 「2013-2022年十年行星科學願景和航行」
  • 木衛一火山觀測者
  • 月球地球物理網
  • 土星大氣層內探測器
  • 特洛伊（小行星群）之旅和交會

執行中的任務

新視野號（新疆界任務1）

2015年7月14日，新疆界探測器「新視野號」觀測到的冥王星。

2015年7月14日，該探測器拍攝到的冥王星衛星卡戎。

主條目：新視野號

新視野號是一項前往冥王星的任務，於2006年1月19日發射。2007年2月在經木星一次重力助推後，繼續向冥王星靠近。任務主要執行階段是在2015年7月期間，隨後探測器將瞄準一顆名為阿羅科特的柯伊伯帶小天體，於2019年1月1日的飛過，曾與此任務一起考慮的另一項任務是「新視野二號」。

朱諾號（新疆界任務2）

位於木星的朱諾號探測器想像圖

主條目：朱諾號

朱諾號是2011年8月5日發射並於2016年7月抵達木星的一艘太空探測器，也是首艘探索外行星的太陽能太空飛行器。為研究木星的磁場和內部結構，該探測器被發射到環木星的極軌上。美國宇航局發射的伽利略號探測器提供了大量有關木星高層大氣層的知識，然而，對木星的進一步研究不僅可了解它的起源和太陽系性質，而且對巨型太陽系外行星的總體認識也至關重要。」朱諾號「探測器的木星調查旨在實現以下目標：

• 通過測定木星內核的質量和大小、引力和磁場以及內部對流，了解木星的總體動力和結構特性；
• 測量木星大氣層成分，尤其是水、氨、甲烷和硫化氫等可凝結氣體的豐度；木星大氣層溫度和風速剖面結構；進入不透明度雲層的深度比「伽利略」探測器更大，目標是在多個緯度上抵達到100巴的深度；
• 調查和描述木星極地磁層的三維結構。

奧西里斯號（新疆界任務3）

任務徽標

主條目：OSIRIS-REx

「奧西里斯」代表「起源、光譜解釋、資源識別、安全、風化層探索者」，於2016年9月8日發射^[6]。這項任務計劃是在2020年之前環繞一顆小行星運行，當時命名為「1999 RQ₃₆」（現稱為貝努小行星）。在經大範圍測量後，探測器將從小行星表面採集樣本，並於2023年返回地球。除運載火箭外，這次飛行任務預計約耗資8億美元。取回的樣本將有助於科學家回答長期來有關太陽系形成及生命起源所需的複雜有機分子來源的問題。

貝努小行星是一顆未來可能會撞擊地球的天體，已被列入哨兵風險表，在巴勒莫撞擊危險指數中排名第三高（約2015年）^[7]。在21世紀末，它撞擊地球的累計概率約為0.07%，因此需要測量該小行星的組成成分和雅可夫斯基效應^[8]

計劃的任務

蜻蜓號（新疆界任務4）

蜻蜓號登陸土衛六想像圖

 

蜻蜓號將向土星最大的衛星泰坦^[9]發射一架可移動的自動旋翼航空器，並利用」多任務放射性同位素熱電發電機「（MMRTG）提供動力在土衛六大氣層中飛行^[10][11][12]，開發成本上限約為10億美元^[13]。 截至2020年9月，「蜻蜓號」計劃於2027年發射^[14]。

選擇過程

第四次任務選撥於2017年1月開始，根據行星十年調查的建議，美國宇航局宣布的機會僅限於六項任務主題：^[13]

1. 彗星表面取樣返回-一架彗核著陸器和取樣返回任務
2. 月球南極取樣返回-在月球南極-艾托肯盆地著陸並將樣本帶回地球的任務
3. 海洋世界（土衛六和/或土衛二）
4. 土星探測-大氣層探測器
5. 特洛伊之旅和交會-一次飛行任務探測兩顆或更多顆木星特洛伊小行星
6. 金星著陸器

當時美國航天局已收到並審查了12項提案：^[13][15]

彗星表面取樣

• 彗核塵埃和有機物取樣 （CONDOR）, 從67P/丘留莫夫–格拉西緬科彗星取回樣本^[15][16]
• 彗星會合、採樣、調查和返回 （CORSAIR）將採集88P/霍威爾彗星樣本^[15][17]
• 彗星天體生物探索取樣 （CAESAR）到67P/丘留莫夫–格拉西緬科彗星取樣

月球南極取樣

• 月升號，探索南極-艾托肯盆地的月球取樣返回任務

海洋世界

• 俄刻阿諾斯號，一艘調查土衛六宜居可能性的軌道飛行器^[18]。
• 蜻蜓號，一架旋翼機，可飛翔在土衛六陸地和海洋上空以研究生命起源前的化學物質^[9][19]。
• 土衛二生命探測器 （ELF）一艘探索土衛二天體生物的軌道飛行器 ^[20][21][22]。
• 土衛二生命特徵與可居住探測 （ELSAH）^[15][23]

土星探測

• 土星內部探究和大氣層探測器 （SPRITE），一艘研究土星大氣層及成分的探測器^[24]。

特洛伊小行星之旅和交會

• 無

金星著陸器

• 金星實地大氣層和地球化學勘探者 （VISAGE），一艘金星大氣層探測器和著陸器^[25]。
• 金星實地成分研究 （VICI）^[15][26]。
• 金星起源探測器 （VOX）,^[27]是一艘金星軌道飛行器。

在12項初步提案中，美國宇航局於2017年12月20日選擇了包括「蜻蜓號」在內的其中兩項提案進行額外的概念研究^[28]。

兩項入圍的提案彗星天體生物探索取樣和「蜻蜓號」，在2018年底前各獲得400萬美元資金，以進一步開發和完善他們的方案設想^[29]。2019年6月27日，美國宇航局宣布選擇蜻蜓號作為第4號新疆界任務，並於2026年發射^[30]，後來推遲到2027年^[14]。

新疆界任務5

行星科學十年調查建議每十年選擇兩項新疆界任務，2018年在對2013-2022年十年調查的中期審查中發現，美國宇航局在這一節奏上落後了，並建議最遲在2021年12月發布《新邊疆5號招標公告》^[31]。科學任務理事會副署長托馬斯·祖布欽（Thomas Zurbuchen）對中期審查建議作出了積極回應，表示美國宇航局將「致力於每十年舉辦兩次新疆界項目競賽」，目前計劃在2021年或2022年發布招標公告^[32]，雖然中期審查估計最晚發布日期為2023年^[31]。

除了先前的建議外，十年調查還為第五次新疆界任務推薦了木衛一觀測者和月球地球物理網提案^[33]。

截至2020年1月，美國宇航局計劃在2022年底發布新疆界5號招標公告。^[34]

參見

• 宇宙願景，歐空局制定的數項任務類計劃。