以下文章经许可转载自对话，这是一个报道最新研究的在线出版物。
经过近10年的旅行，美国宇航局的“新视野号”探测器终于要飞掠冥王星，这将是人类首次近距离接触这颗矮行星。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑订阅我们的屡获殊荣的新闻报道，以支持我们。 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
但是，该探测器至少有十年历史（有人认为更像是二十年，因为航天器需要使用经过反复试验的组件）。如果使用当今的技术建造，“新视野号”本可以更快地发回更多数据。那么，空间科学家如何应对使用旧技术进行新发现的问题，这将如何影响他们可以做的科学研究呢？
对冥王星的搜寻始于 1906 年，当时珀西瓦尔·洛厄尔开始了一个寻找第九行星的项目。不幸的是，他仅仅十年后就去世了，但这项搜索最终由克莱德·汤博继续进行，他在 1930 年 2 月 18 日发现了该行星的最初迹象，当时他注意到一小点光在今年 1 月拍摄的两张照片之间移动。
“新视野号”实际上携带着汤博的骨灰，这是他生前的要求。
在这一发现的 60 年后，一群科学家开始努力将探测器送往冥王星及其卫星卡戎。当时我们还不知道它还有四个额外的卫星，分别是卫星尼克斯和许德拉（于 2005 年发现）以及刻耳柏洛斯和斯堤克斯（分别于 2011 年和 2012 年发现）。我们也不知道冥王星有大气层。
各种想法被提出，从只有四个仪器的 Pluto 350 小型探测器，到类似于卡西尼号的大型高性能探测器，后者正在探索土星及其周围环境。最终，这些想法都没有超出设计阶段。
但是比赛开始了。到 20 世纪 90 年代末，天文学家了解了冥王星的大气层，并认为随着冥王星远离太阳，它会在 2020 年之前冻结在表面上。因此，为了能够研究冥王星的大气层，快速发射探测器非常重要。公众和科学界的压力导致了 2001 年 11 月“新视野号”项目的选择，该项目于 2006 年 1 月发射。
美国宇航局位于加利福尼亚州戈德斯通的直径 70 米的深空网络天线正在与“新视野号”通信。
图片来源：美国宇航局
老技术，新视野？
与任何太空任务一样，“新视野号”也有不同的组成部分：航天器、它的科学仪器以及地球上的任务基地中的设备，例如用于与深空任务通信的射电望远镜。
显然，随着技术的进步，我们可以不断改进地面上的部分。这已经完成，以支持美国宇航局的伽利略号木星任务和旅行者号巨行星任务。但很明显，我们不能去改变自 2006 年以来就一直在太空中飞行的前往冥王星的航天器上的任何东西。
航天器通过向地球上的射电望远镜传输微波信号与地球通信。我们接收图像和其他数据的速度会随着航天器距离的增加而变慢，就像远离电话交换机可能意味着你在家里的宽带速度会变慢一样。如果航天器需要两分钟才能将图像从火星传输到地球，那么在木星上将需要 10 多分钟，在土星上需要 20 分钟，在冥王星上需要 1 小时！这是“新视野号”的设计者必须克服的一个难题。
一般来说，更高频率的微波可以让我们减少这些时间。如果你想绘制冥王星的整个表面，这非常重要。在太空时代初期，如 1964 年飞掠火星的水手 4 号等任务使用了“S 波段”，其频率在 2 到 4 GHz 之间（FM 无线电约为 100 MHz）。
十多年后，“旅行者号”使用了更高频率的“X 波段”，频率在 8 到 12 GHz 之间，这使旅行者号能够返回比“水手号”多得多的数据。大多数航天器仍然使用 X 波段（包括“新视野号”），但现在有转向使用更高频率的趋势，美国宇航局在 2009 年发射了第一个使用“Ka 波段”（27-40 GHz）的任务，也就是在“新视野号”发射仅两年后。
如果“新视野号”能够使用 Ka 波段，它可能能够返回更多的数据（增加三到四倍），或者比发送回冥王星所有测量结果所需的一年时间更快地返回类似数量的数据（缩短至大约三到四个月）。但这可能不会带来如此大的改进。航天器的设计并非易事。特定区域的一个小变化可能会影响整个航天器的设计和任务计划。
至于实际的仪器，我们很难知道事情可能会有什么不同。“卡西尼号”航天器携带了一个名为广角相机的相机，它使用了为“旅行者号”制造的备用零件中的望远镜。这是一个 20 世纪 70 年代早期设计的相机，被安装在 20 世纪 90 年代设计的航天器上，并且 40 年后仍在返回令人惊叹的科学图像，这些图像继续使我们能够了解土星的秘密。
同样，“伽利略号”于 1989 年发射，携带了一个测量木星周围带电粒子的仪器，该仪器基于来自“旅行者号”的更新仪器，该仪器也是在 20 世纪 70 年代早期设计的。因此，拥有 10-15 年历史的仪器似乎不是问题。
太空任务主要受到成本的限制，并且是针对它们要研究的内容而设计的。如果它们受到现有技术的过度限制，那么它们通常不会被选中发射。美国宇航局本可以花费更多资金在“新视野号”上，以包括更多的仪器，或者提供更多的电力，使其能够更快地发回更多的数据，但这可能导致任务根本没有被发送，或者到达那里晚得多并错过一些令人兴奋的东西。
最重要的是，我们正在继续探索太阳系。人类正在延续 115 年前在亚利桑那州的天文观测台开始的旅程。
兰卡斯特大学的研究员克里斯·阿里奇获得了英国皇家学会和科学技术设施委员会的资助。他还担任太阳系咨询小组的主席，该小组就英国进行的太阳系研究向科学技术设施委员会提供建议。