* 原文作者为＂色影无忌＂网站的＂iamnewbee＂
1)
某年春天，一位同学读了几本教科书，就穿上了格子西服喇叭裤，手里掂着红蓝铅笔，在屋里踱来踱去，看着墙上一幅世界地图，不，是太阳系图，考虑起征服宇宙的战略问题了。此时，传来踹门的咣咣声：开门！查暂住证！
这位屌丝同学，名字叫做盖瑞•法兰德罗(Gary Flandro)。他出生于美国三线城市犹他州盐湖城(Salt Lake City, Utah)，在犹他大学 (University of Utah) 机械工程拿了个本科学位后，西漂
1)
某年春天，一位同学读了几本教科书，就穿上了格子西服喇叭裤，手里掂着红蓝铅笔，在屋里踱来踱去，看着墙上一幅世界地图，不，是太阳系图，考虑起征服宇宙的战略问题了。此时，传来踹门的咣咣声：开门！查暂住证！
这位屌丝同学，名字叫做盖瑞•法兰德罗(Gary Flandro)。他出生于美国三线城市犹他州盐湖城(Salt Lake City, Utah)，在犹他大学 (University of Utah) 机械工程拿了个本科学位后，西漂
到加州理工(CalTech)拿了个航空系硕士。可惜毕业后没有能够在加州本地找到工作，只有回到犹他大学当讲师。两年后，他再度西漂，在加州理工半工半读，在攻读航空系博士的同时，给著名的喷气动力实验室(JPL)打零工，希望最终可以在这个单位转正。他拿红蓝
铅笔规划太阳系蓝图，是在JPL的180大楼第三层的一间办公室。时间是1965年3月。当然没有警察查暂住证，不过他的确是在加州暂住。
法兰德罗
60年代的JPL非常繁忙，全部精力都在飞往火星的水手(Mariner)系列飞船、海盗(Viking)系列飞船、以及在月面软着陆的测量员
(Surveyor)系列飞船上。法兰德罗显然没有融入单位里的主流人群，因为他老板埃利奥特•克汀(Elliot
Cutting)对他说，月球和火星的事你就别操心了，距离比火星更近的金星和水星你也别操心了，不如去研究一下那几个距离超远火箭够不着的行星吧。
当时航天界的共识是，从地球出发访问其他天体，最省力的方法是沿着霍曼转移轨道(Hohmann transfer orbit)飞行。名字很玄乎，其实霍曼转移轨道就是一条同时和地球轨道、天体轨道相切的绕日椭圆弧线。如此飞行，地球去月球是几天，去火星是6-9个 月，去木星是2.5年，去土星是6.1年，去天王星是16年，去海王星是30.7年，去冥王星是45.7年。显然去木星以后的行星，时间跨度长到不现实。 所以克汀给法兰德罗的指示很含糊，只说去看看有啥稍微现实点的方法去这些外太阳系行星。其实这就是一个追野鹅(wild goose chase)的题目，克汀以为这至少可以把这位打零工学生打发走一年半载。
没想到才几天法兰德罗就回来了，说作业完成了，俺设计了五条航线，每条航线耗时如下：
地球-木星-土星 2.3年
地球-木星-天王星 5.4年
地球-木星-海王星 6.9年
地球-木星-冥王星 6.9年
地球-木星-土星-天王星-海王星 8.5年
当时航天界的共识是，从地球出发访问其他天体，最省力的方法是沿着霍曼转移轨道(Hohmann transfer orbit)飞行。名字很玄乎，其实霍曼转移轨道就是一条同时和地球轨道、天体轨道相切的绕日椭圆弧线。如此飞行，地球去月球是几天，去火星是6-9个 月，去木星是2.5年，去土星是6.1年，去天王星是16年，去海王星是30.7年，去冥王星是45.7年。显然去木星以后的行星，时间跨度长到不现实。 所以克汀给法兰德罗的指示很含糊，只说去看看有啥稍微现实点的方法去这些外太阳系行星。其实这就是一个追野鹅(wild goose chase)的题目，克汀以为这至少可以把这位打零工学生打发走一年半载。
没想到才几天法兰德罗就回来了，说作业完成了，俺设计了五条航线，每条航线耗时如下：
地球-木星-土星 2.3年
地球-木星-天王星 5.4年
地球-木星-海王星 6.9年
地球-木星-冥王星 6.9年
地球-木星-土星-天王星-海王星 8.5年
五条航线
面对这些匪夷所思的数字，克汀问他咋算出来的。法兰德罗说，俺先画出了每个行星在未来30年的位置，然后挂在墙上，用红蓝铅笔一比划，嗯，木土天海冥，五
颗行星扎堆在一个50度的扇面内。剩下的就很简单了，只要借助木星的重力助推，去哪颗行星不行啊？老板这题是你在试探俺么？
当然，法兰德罗的论文比上述的概要复杂得多，每条航线都根据火箭推力、发射时间计算出了最短航行时间，9页论文几乎全是图表和数字。克汀肯定也不是在开玩 笑，他意识到法兰德罗的确找到了探索外太阳系(Outer Solar System)的革命性方案，于是立刻上报给JPL当时的首席科学家荷马·斯图尔特(Homer Joe Stewart)。在开会的时候，斯图尔特对最后那条一船四星的航线特别感兴趣，把它命名为“伟大旅程(The Grand Tour)”。
一船四星
当然，法兰德罗的论文比上述的概要复杂得多，每条航线都根据火箭推力、发射时间计算出了最短航行时间，9页论文几乎全是图表和数字。克汀肯定也不是在开玩 笑，他意识到法兰德罗的确找到了探索外太阳系(Outer Solar System)的革命性方案，于是立刻上报给JPL当时的首席科学家荷马·斯图尔特(Homer Joe Stewart)。在开会的时候，斯图尔特对最后那条一船四星的航线特别感兴趣，把它命名为“伟大旅程(The Grand Tour)”。
如此历史性的太阳系环航机会，每175年才有一次。如果法兰德罗早生50年，他的发现会是很好的科幻小说素材；如果晚生50年，他的发现会是很好的悲情小 说素材。偏偏他在1977年之前12年做出如此发现，刚好给NASA足够时间设计、制造、测试、发射一艘飞船。命运似乎要送给法兰德罗一份大礼，让他能够 和麦哲伦一样名垂青史。
只是历史并非如此。法兰德罗自述说，他把论文发表在一个知名度不够大的杂志《航天文献》(Astronautica Acta)上，鲜有人问津，犯了致命错误。周围同僚也忙着月球火星的事，对外太阳系探索没有兴趣。两年后他拿到了博士，就离开了JPL，回到犹他大学当教 授，从此与伟大旅程绝缘。
后来，斯图尔特对外总是说，伟大旅程是他本人的功劳，因为是他当首席科学家的时候单位里的临时工做出的成果，员工出成绩肯定是他的领导就是好啊就是好。
2)
虽然法兰德罗功不成名不就地走了，他的革命性方案于1969年底在NASA和JPL神奇复活，这就是赫赫有名的旅行者(Voyager)系列飞船。关于旅行者号的书籍、传记太多了，我就不过多重复了，只挑些要点讲讲。
旅行者1号的航线，就是法兰德罗论文里第一条航线。旅行者2号的航线，就是法兰德罗论文里第五条航线，即伟大旅程。两个飞船发射于1977年，就是法兰德罗论文里计算出的最佳发射窗口。
JPL的说法是，旅行者飞船的轨道是重新计算过的，不能算在法兰德罗头上。首先，法兰德罗追求最短航行时间，所以把重力助推最大化。他得到的航线要求飞船
紧贴木星、土星等飞行，这在实际飞行中极其危险，因为飞船将会穿过木星、土星的光环，很容易撞上组成光环的石头冰块。旅行者飞船的实际航线都绕开了行星光
环，当然同时也牺牲了一些重力助推能量。比如旅行者1号花了3年多(1980年)才到达土星，旅行者2号花了整整12年(1989年)才到达海王星。
其次，法兰德罗的航线并未考虑探测行星卫星的问题，而某些外太阳系行星的卫星，其科研价值不亚于行星本身。旅行者飞船的实际航线考虑到了探测卫星问题，比 如旅行者1号专门调整轨道造访土卫六(Titan)，并因此放弃了探测冥王星；旅行者2号特地造访了海卫一(Triton)。
最后，法兰德罗当时是JPL员工，所以他的任何成就也是JPL的成就。
无论功劳属谁，旅行者系列飞船已经被公认为人类航天史上的一座高峰。这凸显了科技先发的竞争优势。很多时候，人们看见的是科技先发者走弯路，科技后发者通 过模仿、山寨可以少走弯路，节省金钱和时间，追上先发者。不过，先发者也有自己的优势，就是能够抢先利用资源，尤其是不可再生、很难再生资源。比如四星扎 堆这个175年一遇的资源，科技先发者就能抢到，等到后发者技术上成熟了，机会资源也同时消失了。美国航天技术真的领先世界175年么？显然不是，但其他 国家想重复同样的高峰，还非得等175年，机会资源之金贵可见一斑。
旅行者系列唯一美中不足的，是它们忽略了一颗行星，冥王星。旅行者1号本可以访问冥王星，但是不幸的是冥王星输给了土卫六；旅行者2号也可以访问冥王星， 但代价是跳过天王星和海王星，科学家们显然也不会这么做。于是，37亿(2014年)美元、两艘飞船、1989年之后，NASA依旧没有遍访九大行星。
其次，法兰德罗的航线并未考虑探测行星卫星的问题，而某些外太阳系行星的卫星，其科研价值不亚于行星本身。旅行者飞船的实际航线考虑到了探测卫星问题，比 如旅行者1号专门调整轨道造访土卫六(Titan)，并因此放弃了探测冥王星；旅行者2号特地造访了海卫一(Triton)。
最后，法兰德罗当时是JPL员工，所以他的任何成就也是JPL的成就。
无论功劳属谁，旅行者系列飞船已经被公认为人类航天史上的一座高峰。这凸显了科技先发的竞争优势。很多时候，人们看见的是科技先发者走弯路，科技后发者通 过模仿、山寨可以少走弯路，节省金钱和时间，追上先发者。不过，先发者也有自己的优势，就是能够抢先利用资源，尤其是不可再生、很难再生资源。比如四星扎 堆这个175年一遇的资源，科技先发者就能抢到，等到后发者技术上成熟了，机会资源也同时消失了。美国航天技术真的领先世界175年么？显然不是，但其他 国家想重复同样的高峰，还非得等175年，机会资源之金贵可见一斑。
旅行者系列唯一美中不足的，是它们忽略了一颗行星，冥王星。旅行者1号本可以访问冥王星，但是不幸的是冥王星输给了土卫六；旅行者2号也可以访问冥王星， 但代价是跳过天王星和海王星，科学家们显然也不会这么做。于是，37亿(2014年)美元、两艘飞船、1989年之后，NASA依旧没有遍访九大行星。
水星-水手10号
金星-水手2号
地球-地面卫星
月球-月球轨道器
火星-海盗系列
木星-先锋11号
土星-旅行者2号
天王星-旅行者2号
海王星-旅行者2号
冥王星-未探索
飞船没能到达冥王星，冥王星自己需要负相当大的责任。1930年美国天文学家克莱德·汤博(Clyde Tombaugh)用13寸望远镜发现冥王星的时候，他估算其质量相当于地球。但是，随后越来越精确的观测不断向下修正这一数值。1948年冥王星质量被 下调到地球的1/10，1976年被下调到地球质量的1/100。
汤博
金星-水手2号
地球-地面卫星
月球-月球轨道器
火星-海盗系列
木星-先锋11号
土星-旅行者2号
天王星-旅行者2号
海王星-旅行者2号
冥王星-未探索
飞船没能到达冥王星，冥王星自己需要负相当大的责任。1930年美国天文学家克莱德·汤博(Clyde Tombaugh)用13寸望远镜发现冥王星的时候，他估算其质量相当于地球。但是，随后越来越精确的观测不断向下修正这一数值。1948年冥王星质量被 下调到地球的1/10，1976年被下调到地球质量的1/100。
1978年，美国天文学家詹姆士•克里斯蒂(James Christy)在一张有冥王星的底片上，注意到冥王星的形状并非正圆，而是稍微拉长了些，或者像是正圆上有凸起。他同时注意到，同一底片上其他星星的形 状都是正圆，所以排除了望远镜瑕疵的嫌疑。他很好奇地查找过去的底片档案，结果在20多年前的底片里也看见拉长形状的冥王星。随后的继续跟踪拍照证实，不 但冥王星的形状有凸起，而且这个凸起以6.39天的周期围绕圆心旋转。6.39天刚好是冥王星的自转周期，所以从这些照片可以推断，要么冥王星有座高达2 万公里的山峰，要么是一颗潮汐锁定的卫星在围绕冥王星转。发现了冥卫一(Charon)，克里斯蒂得以通过观察其绕冥王星的轨道精确锁定冥王星质量。他的 结论是，冥王星质量是地球的1/500，是九大行星中质量最小的，甚至小于相当数量的行星卫星，包括前面提到的土卫六、海卫一、以及地卫一(即月球)等 等。
冥王星的重要性也随着它质量的缩水而逐年下降，直至1992年达到最低谷。
3)
1989年旅行者2号飞越海王星，大家都欢呼鼓掌，只有艾伦•斯登(Alan Stern)愁眉苦脸。
32岁的斯登仿佛是法兰德罗的另一个极端。法兰德罗是工程师，知道如何制造火箭发动机，如何找到从A到B的最佳航线。至于到达B点后该做啥，或者B点是否 是冥王星，对他毫不重要。斯登则是个天体物理学家，刚刚拿到了科罗拉多大学(University of Colorado, Boulder)博士学位。他对火箭一窍不通，也不知道如何从地球飞往冥王星。但是，他专长于冥王星研究，非常清楚飞船一旦到达冥王星应该如何展开科学考 察。
当旅行者2号错过冥王星成为事实，当法兰德罗通向冥王星的第四航线错过发射窗口(1975-1979年)而失效时，斯登知道，不想点办法做点事，他的冥王星专长将是一个长达一辈子的死胡同。
他当然无法重复法兰德罗当年的奇迹再找出新航线。他的办法是从另一个方向入手，罗列出冥王星科学考察的一系列目标，并把这些目标按重要性分为三组。这三组目标/要求就是所谓的DPSWG要求。然后再联系设计、制造飞船的工程师，看能否造出实现这些目标的飞船。
斯登
一旦制定了DPSWG要求，斯登就问NASA，既然旅行者系列错过了冥王星，下一步计划是啥？计划B是啥？
没人有计划B，斯登决定自己找人搞一个。
《计划B》
计划B是1989年斯登挑头搞的“冥王星350”(Pluto-350)方案。这个方案的意思是，冥王星重要性每况愈下，所以期望NASA发射旅行者级别的飞船肯定不现实。唯一的出路是发射旅行者简化版。旅行者飞船重约722公斤，减半就是350公斤。
冥王星350计划发射一艘重约350公斤的飞船，只携带四个科研仪器，将将能够实现最核心的DPSWG第一组要求，基本等于“科研裸奔”，仪器再减少，去 冥王星就没有意义了。飞船以核电池为能源，预计1999年发射，经过金星、地球、木星重力助推，历经16年于2015年到达冥王星。
NASA对斯登的冥王星350很不以为然，说飞船太小，仪器太少，风险太大。NASA说他有计划C。
《计划C》
计划C是1990年NASA自己搞的“水手二期”(Mariner Mark II)方案。这个方案太高大全了，包含多艘飞船，其中单是去冥王星的飞船就重达2500公斤，7倍于冥王星350，因此携带仪器也成倍增加，可以满足 DPSWG的全部三组要求。而且此飞船携带一艘子飞船，便于从两头同时拍摄冥王星，完成整个行星的拍摄。
斯登听了，说你NASA竟然愿意发射超级飞船去冥王星，我除了双手赞成还能说啥？
《计划D》
1992年，以丹尼尓•戈丁(Daniel Goldin)为核心的NASA新一届领导班子，提出了“多快好省地发展美国航天事业”的战略---“Faster，Better, Cheaper”。意思是多造便宜的小飞船，万一出事爆一辆艘也无碍全局，不会像挑战者航天飞机出事那样举国震惊。
加州的JPL响应NASA新领导的号召，推出计划D，就是“冥王星快速飞掠”(Pluto Fast Flyby)方案。这个方案计划发射两艘飞船，每艘只有50公斤重，是冥王星350的1/7。由于飞船超级地小，容易加速，到达冥王星只需7-8年。
斯登闻讯，目瞪口呆。50公斤重飞船只能携带7公斤仪器，根本无法满足DPSWG最起码的要求，去冥王星打酱油么？但是戈丁闻讯大喜，下令立刻终止冥王星350和水手二期两个项目。
《计划E》
1993年JPL研制的火星观察者(Mars Observer)飞船在火星入轨时失败，导致戈丁对JPL的项目不再信任，有意要砍掉冥王星快速飞掠项目。
此时的斯登，早已不再反对这个项目。作为天文学家，他没有选择，计划B、C已死，计划D是去冥王星的唯一希望，哪怕只是去打酱油。斯登非常着急，他先后找到俄国人、德国人合作，分担费用，结果都不了了之。
1995年，NASA把“冥王星快速飞掠”改头换面，砍掉计划D，隆重推出计划E，称作“PKE”方案。飞船数量减少到一艘，飞船重量增加到170公斤，其中9公斤是科研仪器。
《计划。。。那个没有了》
1999年，NASA把PKE项目正式砍掉，计划E死亡。
经过11年的反反覆覆后，32岁的斯登变成43岁的斯登。他发现自己很悲剧地回到原点 --- 没有美国人、俄国人、德国人、或者任何人有计划去冥王星。
4)
与此同时，在冥王星方面，事态却出现了微妙的变化。
长久以来，人们一直在猜测，冥王星以外有没有行星。一个猜测是“第十行星”的存在性，这个就不多说了。另一个猜测是，即时没有“第十行星”这样的大型行星 存在，也可能有小型行星存在，犹如火星和木星之间的小行星带一样。天文学家们为此发明了很多优美的理论和优美的称呼，比如柯伊伯带(Kuiper Belt)等等，唯独从来没人能够找到任何大型或者小型行星。
美国天文学家大卫·朱维特(David Jewitt)在80年代初也费力思考这个问题。他认为在冥王星以外应该有很多小行星，之所以还没被发现，是因为望远镜技术不够先进。人类靠行星反射的太 阳光看见行星，所以行星的亮度和它距离的4次方成反比。比如，最大的小行星谷神星(Ceres)位于3天文单位以内，亮度为9等。如果它处于冥王星附近， 距离太阳50天文单位那么远，那它的亮度会是现在的8万分之一，下降12个星等，达到21，超过了当时望远镜的能力。
解决这个问题的方法其实很简单，就是用更大的望远镜、更灵敏的弱光底片。只是吹水容易动手难。朱维特和他的美籍越裔学生鲁简(Jane Luu)苦寻十年没有任何结果，直到1992年，朱维特搞到了夏威夷大学(University of Hawaii)的88寸(2.2米)望远镜，同时搞到了当时最先进的1024x1024像素的CCD，终于发现了一个叫做1992QB1的天体，距离太阳 40-45个天文单位，直径160公里。
没人有计划B，斯登决定自己找人搞一个。
《计划B》
计划B是1989年斯登挑头搞的“冥王星350”(Pluto-350)方案。这个方案的意思是，冥王星重要性每况愈下，所以期望NASA发射旅行者级别的飞船肯定不现实。唯一的出路是发射旅行者简化版。旅行者飞船重约722公斤，减半就是350公斤。
冥王星350计划发射一艘重约350公斤的飞船，只携带四个科研仪器，将将能够实现最核心的DPSWG第一组要求，基本等于“科研裸奔”，仪器再减少，去 冥王星就没有意义了。飞船以核电池为能源，预计1999年发射，经过金星、地球、木星重力助推，历经16年于2015年到达冥王星。
NASA对斯登的冥王星350很不以为然，说飞船太小，仪器太少，风险太大。NASA说他有计划C。
《计划C》
计划C是1990年NASA自己搞的“水手二期”(Mariner Mark II)方案。这个方案太高大全了，包含多艘飞船，其中单是去冥王星的飞船就重达2500公斤，7倍于冥王星350，因此携带仪器也成倍增加，可以满足 DPSWG的全部三组要求。而且此飞船携带一艘子飞船，便于从两头同时拍摄冥王星，完成整个行星的拍摄。
斯登听了，说你NASA竟然愿意发射超级飞船去冥王星，我除了双手赞成还能说啥？
《计划D》
1992年，以丹尼尓•戈丁(Daniel Goldin)为核心的NASA新一届领导班子，提出了“多快好省地发展美国航天事业”的战略---“Faster，Better, Cheaper”。意思是多造便宜的小飞船，万一出事爆一辆艘也无碍全局，不会像挑战者航天飞机出事那样举国震惊。
加州的JPL响应NASA新领导的号召，推出计划D，就是“冥王星快速飞掠”(Pluto Fast Flyby)方案。这个方案计划发射两艘飞船，每艘只有50公斤重，是冥王星350的1/7。由于飞船超级地小，容易加速，到达冥王星只需7-8年。
斯登闻讯，目瞪口呆。50公斤重飞船只能携带7公斤仪器，根本无法满足DPSWG最起码的要求，去冥王星打酱油么？但是戈丁闻讯大喜，下令立刻终止冥王星350和水手二期两个项目。
《计划E》
1993年JPL研制的火星观察者(Mars Observer)飞船在火星入轨时失败，导致戈丁对JPL的项目不再信任，有意要砍掉冥王星快速飞掠项目。
此时的斯登，早已不再反对这个项目。作为天文学家，他没有选择，计划B、C已死，计划D是去冥王星的唯一希望，哪怕只是去打酱油。斯登非常着急，他先后找到俄国人、德国人合作，分担费用，结果都不了了之。
1995年，NASA把“冥王星快速飞掠”改头换面，砍掉计划D，隆重推出计划E，称作“PKE”方案。飞船数量减少到一艘，飞船重量增加到170公斤，其中9公斤是科研仪器。
《计划。。。那个没有了》
1999年，NASA把PKE项目正式砍掉，计划E死亡。
经过11年的反反覆覆后，32岁的斯登变成43岁的斯登。他发现自己很悲剧地回到原点 --- 没有美国人、俄国人、德国人、或者任何人有计划去冥王星。
4)
与此同时，在冥王星方面，事态却出现了微妙的变化。
长久以来，人们一直在猜测，冥王星以外有没有行星。一个猜测是“第十行星”的存在性，这个就不多说了。另一个猜测是，即时没有“第十行星”这样的大型行星 存在，也可能有小型行星存在，犹如火星和木星之间的小行星带一样。天文学家们为此发明了很多优美的理论和优美的称呼，比如柯伊伯带(Kuiper Belt)等等，唯独从来没人能够找到任何大型或者小型行星。
美国天文学家大卫·朱维特(David Jewitt)在80年代初也费力思考这个问题。他认为在冥王星以外应该有很多小行星，之所以还没被发现，是因为望远镜技术不够先进。人类靠行星反射的太 阳光看见行星，所以行星的亮度和它距离的4次方成反比。比如，最大的小行星谷神星(Ceres)位于3天文单位以内，亮度为9等。如果它处于冥王星附近， 距离太阳50天文单位那么远，那它的亮度会是现在的8万分之一，下降12个星等，达到21，超过了当时望远镜的能力。
解决这个问题的方法其实很简单，就是用更大的望远镜、更灵敏的弱光底片。只是吹水容易动手难。朱维特和他的美籍越裔学生鲁简(Jane Luu)苦寻十年没有任何结果，直到1992年，朱维特搞到了夏威夷大学(University of Hawaii)的88寸(2.2米)望远镜，同时搞到了当时最先进的1024x1024像素的CCD，终于发现了一个叫做1992QB1的天体，距离太阳 40-45个天文单位，直径160公里。
作为对比，汤博发现冥王星用的是13寸(0.33米)望远镜，克里斯蒂发现冥卫一用的是61寸(1.54米)望远镜。显然，望远镜和冷兵器一样，一寸长(其实是口径宽)，一寸强。
1992QB1的发现，标志着柯伊伯带从科学假说变为事实。同时，朱维特的观测方法，也给天文学家指出了一条明路，后续发现如长江决堤，汹涌而来:
1993年，5颗新的柯伊伯带天体被发现。
1994年，11颗新的柯伊伯带天体被发现。
1995年，15颗新的柯伊伯带天体被发现。
1996年，12颗新的柯伊伯带天体被发现。
1997年，18颗新的柯伊伯带天体被发现。
1998年，41颗新的柯伊伯带天体被发现。
1999年，126颗新的柯伊伯带天体被发现。
2000年，142颗新的柯伊伯带天体被发现。
不但新发现源源不断，而且柯伊伯带天体的个头明显比小行星带的天体大得多。比如，直径超过500公里的小行星带天体，只有三个: 谷神星(1 Ceres)，智神星(2 Pallas)，灶神星(4 Vesta)。直径超过500公里的柯伊伯带天体，目前发现的就有47个之多！最大的小行星带天体谷神星，在柯伊伯带仅能排在第10位!
这和冥王星有啥关系？很简单，1992QB1并非是第一个被发现的柯伊伯带天体，而是第三个。第一个被发现的柯伊伯带天体是冥王星，第二个是冥卫一。柯伊伯带早在1930年就被汤博发现了，只是他自己和大家都不知道而已。
所以，作为柯伊伯带最大天体的冥王星，极其具备代表性。任何柯伊伯带天体的新发现，都是给冥王星的加分。从1992年开始，冥王星的重要性开始回升，到2000年，柯伊伯带天体的发现速度达到井喷，冥王星的重要性也随之剧增。
5)
在此大背景之下，2000年12月20日，NASA突然宣布有飞向冥王星的计划F。
《计划F》
如果是12年前，斯登闻讯可能会兴奋得睡不着觉。但现在，斯登的第一反应是“NASA又来折腾人了？”只是这次，计划F确实和计划B、C、D、E有点不同。
首先是，戈丁即将被赶下台。他的“多快好省”战略直接导致美国连续两个火星项目的惨痛失败，遭到了NASA的摈弃。50公斤飞船探测冥王星这样的笑话不再出现。NASA的计划F只规定经费上限为5亿美元，一个足够宽松的数字，应标团队自己决定飞船应该做多大。
其次，NASA采用了崭新的项目管理制度。以往的做法是所谓的“圣诞树”制度，即NASA宣布计划建造飞船(圣诞树)，然后数个科学家团队应标，每个团队 提交一个仪器的草案，NASA从中选取数个放到飞船上，犹如圣诞树上的挂件。这些仪器各自收集数据，互相之间没有必然联系。
计划F，采用的是首席研究员(Principal Investigator)制度。应标的每个团队提交的草案，必须包含飞船上所有的仪器。每个团队的带头大哥，即首席研究员，通常是个科学家而不是工程 师，他负责制定整个项目的科研目的，所有仪器都为此目的设计。如果NASA选中某一团队，那么所有仪器都按照那个团队的方案做，首席研究员也为整个项目的 成败最终负责。所谓项目的成败，不是看飞船是否成功到达目的地，而是看项目的科研目的是否达到。
比如太空车成功着陆，但没走两步就熄火，在“圣诞树”制度下会被认为是成功的，因为飞船成功着陆了。但在首席研究员制度下，这就是个彻底失败，因为科研工作一点都没做。
上述的两个重要变化，对斯登极其有利。作为DPSWG要求的制定者之一，他成为他团队天然的首席研究员，DPSWG三组要求成为天然的项目科研目的。而冥王星350方案，则能够被用来起草所有船载仪器。
斯登认为他唯一的弱点，是他的团队并非来自NASA的传统嫡系单位。斯登的团队，主要由他所在的美国西南研究院(Southwest Research Institute (SwRI))、约翰普金斯大学的应用物理实验室(Johns Hopkins University Applied Physics Lab (APL))、鲍尔航天技术公司(Ball Aerospace & Technologies)、斯坦福大学(Stanford)、SSG精密光学公司等组成。尽管都是名头响亮的单位，但是毕竟不如JPL等老牌NASA嫡 系。
事实上JPL为计划F组成了两个团队，送上了两份草案。其中，一份是采用传统化学火箭发射飞船，另一份是采用离子发动机推动飞船，含金量都相当的高。
只是JPL的竞标时机坏到了极点。由JPL主导的1998年火星气候轨道器(Mars Climate Orbiter)和1999年火星极地着陆器(Mars Polar Lander)连续失败，在NASA的脑海里留下了不可磨灭的阴影。NASA急需分散风险，急需一个JPL以外的单位主导飞船项目，斯登以为的弱点反而变 成了他的强点。经过两轮筛选和多轮幕后游说，2002年11月29日，斯登/APL团队最终胜出。当晚，斯登团队在新奥尔良市的著名红灯区波旁街 (Bourbon Street)欢庆胜利，具体细节至今保密。
计划F正式确定为斯登/APL团队的新地平线(New Horizons)项目。斯登终于等到了他的机会。
新地平线徽章，罗列五大研制单位: NASA，西南研究院，APL，美国能源部，JPL。
6)
仅仅在竞标中胜出，并不意味着飞船一定成行。有人做过这样的计算：
1。“你有一个科学仪器的超级天才设计。” -> 你仪器成功访问外星球的概率是，嗯，0%。美国的天才设计满天飞，不能被NASA相中等于零。
2。“NASA发布项目征标，并同意你去投标。” -> 你仪器成功访问外星球的概率低于10%。好消息是NASA相中了你，同意你投标的同时，往往给你一笔不菲的润笔费。坏消息是愿望很美好，竞标很残酷，多数人一辈子都没赢过标。
3。“你在竞标中胜出。” -> 你仪器成功访问外星球的概率是30%。任何预算的风吹草动、研制中的困难、航天界的突发事件等等，都可能在一夜间让你的项目被彻底取消。
4。“你的飞船已经屹立在发射架上。” -> 你仪器成功访问外星球的概率是60%，除非那个外星球是火星。在此情况下，你的概率低于45%。
5。“你的飞船已经飞往外星球。” -> 你仪器成功访问外星球的概率是75%，除非那个外星球是火星。在此情况下，你的概率低于50%。
6。“你的飞船已经成功到达外星球。” -> 你仪器成功访问外星球的概率是95%。有个很小的可概率是，飞船成功到达，你的仪器却死了。
新地平线号，目前还在30%概率的阶段。抛开预算等等的不确定因素，单是工程上的挑战就非常严峻。
首先是导航问题。
很多天文工具软件都能够根据具体年月日时计算并画出冥王星所在位置，但是对于新地平线号，这些软件都没用。问题的核心是冥王星的超远距离。比如你打开最新 购买的70寸4K分辨率电视机，想显示冥王星的绕日轨道。那么地球、月球、以及两者之间的所有空间，约占屏幕上面一个像素面积的1/50！也就是说，用任 何你肉眼看得见的线条在屏幕上描绘冥王星轨道和位置，其隐含误差都是百万公里级别的。以此精度导航新地平线号，和没导航的区别不是很大。
新地平线团队想到的办法，是挖出有史以来所有冥王星的望远镜照片，仔细计算其轨道。其实所谓有史以来，不过是1930年汤博发现冥王星以来，区区70几年 而已，而冥王星绕日一周(即一冥王星年)需要248地球年，人类只观察到它1/3的轨道。所以，以此计算的冥王星位置，误差在千公里级别。
新地平线号的计划是在万公里处飞越冥王星，千公里误差，虽然已经是人类目前能够做到的极限了，依旧不够小。所以团队的计划是，在飞船接近冥王星的时候，用船载相机拍摄冥王星导航，不再依靠地球观测为基础的轨道计算。
其次是航线问题。
前面说过，法兰德罗的第四航线可以到达冥王星，但是那条航线的发射窗口是1975-1979年，新地平线预定的发射时间在2006年，所以没法保证能够得 到木星的重力助推。事实上，如果飞船在2006年发射窗口的前23天发射，那么有可能得到木星的重力助推，提升速度约5%。如果是23天以后，木星就帮不 上忙了。
解决这个问题的办法，是大牛拉小车。新地平线号重478公斤，是旅行者1号的66%。但是它的运载火箭擎天神五号551型(Atlas V 551)的推力却是旅行者1号的运载火箭泰坦3E(Titan IIIE)的122%。大牛拉小车的结果是，新地平线号成为史上发射速度最快的飞船，人类第一次从地球直接发射达到第三宇宙速度的飞船，有没有木星帮忙， 飞船都将到达冥王星。(当然有木星帮忙的话更好，航行时间可以省3年半。)
第三是能源问题。
当年斯登、NASA、JPL折腾计划D的时候，曾经有人异想天开，说想试试太阳能板能否驱动访冥飞船，因为太阳能板比核能便宜。只是阳光的强度和距离平方成反比，冥王星处的阳光是地球上的1/900-1/2500，太阳能板得做多大哦。
所幸斯登这次不必为此再折腾。美国能源部的仓库里屯着两颗核能电池，每年功率都在衰减，正愁没法打发，刚好可以平价(9千万美元)卖一颗给新地平线号。
核电池，全称是放射性同位素热电机(RTG Radioisotope Thermoelectric Generator)，以钚-238为燃料。巧的是，钚的英文名字是Plutonium，正是以冥王星命名的元素。(以天王星Uranus命名的元素是铀 Uranium，以海王星Neptune命名的元素是镎Neptunium)
第四是通讯问题。
你可能以为，和二十一世纪的通讯技术相比，70年代的旅行者像中世纪般落后。事实是，飞船深空通讯目前主要还是靠S、X波段，通讯速度主要还是受通讯距 离、发射功率、天线直径等等限制。新地平线号的核电池功率是228瓦，旅行者有三个核电池，总功率达到420瓦。新地平线号的高增益天线直径是2.11 米，旅行者是3.66米。其结果就是新地平线号的通讯速度是旅行者系列的1/5，在冥王星附近下载速度是惊人的1kbps(是的，小写的b，换成大写B就 只有每秒128了)。
也就是说，一部1GB的冥王星爱情动作片，新地平线号需要100天才能全部传回地球。而飞船将以极高的速度(14公里/秒)飞掠冥王星，主要的观测会在24小时之内突击完成，生成的数据量远大于1GB。
新地平线团队解决这个问题的办法是给飞船装64GB固态内存，计划用1年时间慢慢下载所有观测数据。这个办法有内在风险，因为在一年间飞船内存是可能被太 空射线等等破坏的。也就是说，存在这么一种令人惋惜的可能，就是仪器正常工作收集到了宝贵数据，但在逗留内存等待下传期间被破坏。
另外一个解决方法，就是多带核电池等等。但这样带来的超重意味着火箭也得更大，最终结果是超支上亿美元，项目可能被砍掉。两害相权取其轻，这年头谁能事事如愿呢？
7)
到2005年底，新地平线号经过设计、制造、整合、测试，耸立在卡纳维拉尔角空军基地的擎天神五号火箭顶端。用NASA的玩笑话说，新地平线号现在既有强烈放射性，又有强烈爆炸性，活脱脱一个大杀器。空军基地门外，有十几个人高举标语游行，反对此次带核电池的发射。
当然，新地平线号不是大杀器，而是科学考察船。船上搭载的，是科学仪器。前面说过，新地平线项目采用首席研究员制度，所有仪器都围绕DPSWG三组要求设 计。其中，有三台仪器被称作核心仪器，因为仅凭它们就能够满足DPSWG最核心的第一组要求。其他四台仪器，就是锦上添花了，满足剩余的两组要求。
核心仪器一：紫外相机(Alice)。
Alice由西南研究院研制。
核心仪器二：可见光/近红外相机(Ralph)。
Ralph由西南研究院、鲍尓公司、戈达德太空飞行中心(GSFC)联合研制。
核心仪器三：无线电科学实验(REX Radio Science Experiment)。
REX由斯坦福大学和APL联合研制。
锦添仪器一：长焦相机(LORRI Long Range Reconnaissance Imager)。
LORRI由APL和SSG精密光学公司联合研制。
锦添仪器二：冥王星太阳风探测器(SWAP Solar Wind At Pluto)。
SWAP由西南研究院研制。
锦添仪器三：冥王星高能粒子谱仪(PEPSSI Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation)。
PEPSSI由APL研制。
锦添仪器四：学生星尘计数器(VBSDC Venetia Burney Student Dust Counter) 。
VBSDC由科罗拉多大学的学生团队研制。
虽说这些科学仪器非常精妙，但是描述起来比较复杂枯燥。姑且只描述一个最简单易懂的仪器吧 --- 学生星尘计数器。
学生星尘计数器可以说是斯登的宠物项目(pet project)，在新地平线飞船的最初竞标方案里并没有此仪器。新地平线号飞船的设计研制在科罗拉多州巨石城搞得风风火火，但同城的母校科罗拉多大学， 他的母校和曾经任职的大学，没有任何关联。斯登想把科大也拉进飞船项目，算是给母校一份礼物吧，就想了个办法，对NASA说，你们一直对学生大做公关，鼓 励学生进入理工领域，每年花费巨额经费。何不借此机会，从那比经费里划拉出点钱，让科大学生做个仪器，搭载在飞船上？
NASA说你是首席研究员，是否搭载学生实验你说了算。孩子们是打算研究微重力条件下奶酪发酸还是蜘蛛交配啊？科大的学生回答说，我们准备测量太阳系行星 间灰尘颗粒的空间和质量分布。当年先锋(Pioneer)系列飞船测量过远至18天文单位、小到1xE-10克的星尘分布，这回我们想把测量距离延伸到 30天文单位，星尘质量极限下推100倍(即1xE-12克)。
NASA说，我叉，这是要破先锋10号、11号记录的节奏啊。这可是专业级太空仪器哦，科大学生接得了这活？斯登说没问题，你们就把这个仪器和其他仪器一样看待，除了飞船总装发射以外，研发、制造、测试、太空操作、数据分析等等，都让学生搞。
于是由科大的大气和太空物理实验室(LASP Laboratory for Atmospheric and Space Physics)挑头，找了工程和物理专业的20名学生，研发星尘计数器。后来飞船上天后，学生团队把仪器冠名为威尼西娅•伯妮(Venetia Burney)。她是冥王星的命名者，当年是一个11岁的英国女学生。学生团队以此纪念并激励每一代学生。
为啥要20个学生插手？因为星尘计数器这东西，一个专业还真的搞不掂。
首先是星尘计数原理，是利用一片永久极化的聚偏氟乙烯薄膜。当微尘以高速度(大于1公里/秒)击穿薄膜时，会产生电流。根据电流的大小能够测出微尘的质量。这样的薄膜芝加哥大学几年前已经做过几张，估计科大可以从芝大定制。定制薄膜这事，显然要靠学物理、高分子的学生。
那么该用多大的薄膜呢？这也得算出来。根据现有的太阳系星尘模型，星尘并非在太空均匀分布，而是在主要行星的轨道周期共振带聚集。模型认为，这些聚集带宽 度约为1天文单位。假设每个聚集带都要收集10个以上的数据点，假设飞船速度是13公里/秒，那么算下来每星期要得到灰尘撞击1次，换算成薄膜面积就是 0.1平方米。估算薄膜面积这事，要靠学天文的学生。
有了0.1平米的薄膜，并不意味着可以随随便便贴到飞船上了事。飞船在飞出木星轨道之前，面对太阳的一面会相当热，最高可能达到85摄氏度以上。塑料薄膜 在此高温下是何下场可想而知。所以聚偏氟乙烯薄膜的正面要贴反光薄膜，反射90%的阳光；反面要贴散热薄膜被动降温。贴膜这事，要靠学材料的学生。
0.1平米的多层薄膜被分割为12块，用铝、钛、光纤玻璃等硬件固定在飞船外表面，和高增益天线指向相反方向。(高增益天线需要指向地球，所以一定是反向 于飞船航行方向的。)这些硬件的设计，必须考虑到薄膜和飞船船体之间热胀冷缩的不同。固定薄膜这事，要靠学机械、材料的学生。
薄膜产生的电信号，传入模拟电路板，经过ADC，传入数字电路板。这些多层印刷、抗辐射、抗低温的电路板及其元件、芯片，要靠电子工程的学生。
电路板收到信号，并非一定是来自星尘。飞船发动机可能产生大量微尘，其他干扰源也会产生噪点。因为飞船和地球的单向通讯延迟就可能长达4.5小时，计数器船载软件必须自动探测到噪点并及时排除，否则内存会被噪点写满，无法正常的科研工作。编码这事，非IT民工莫属。
做出了计数器原型，必须实际调试。科大的学生先后两次飞到德国海德堡，用马克斯普朗克研究所(Max Planck Institute)核物理实验室的灰尘加速器产生铁灰尘，打击计数器，调整参数。这事，搞核物理的学生大概会参加。
新地平线号上天不久，计数就要开始工作。在飞船飞行的漫漫旅途中，所有仪器都进入冬眠，唯独学生星尘计数器会24/7/365工作。航行中的仪器操作、维持、数据收集等等，都是学生完成。这事，靠学航天的学生。
数据收集下来，需要进行分析，和模型比对，和前辈飞船的测量结果比对。这事，又回到了天文系的学生那里。
最终研制成的学生计数器重1.6公斤，耗电5.1瓦，是七台仪器里最早完成交付NASA总装的。最初的20人研发团队陆续毕业，把知识和资料先后传承给 12名学弟学妹，他们在新地平线号航行的漫长岁月里参加了太空操作、维持、数据下载、入库、分析工作。这个仪器成为科大LASP的一个常年亮点，对科大航 天工程系的排名提升亦有重大作用。目前科大航天系研究生院排名全美第9，和康奈尔大学(Cornell)、普林斯顿大学(Princeton)并列。
8)
就在新地平线号研发的六年过程中，冥王星和柯伊伯带的新发现达到最高潮:
2001年，140颗新的柯伊伯带天体被发现。
2002年，161颗新的柯伊伯带天体被发现。
2003年，165颗新的柯伊伯带天体被发现。
2004年，138颗新的柯伊伯带天体被发现。
2005年，89颗新的柯伊伯带天体被发现。
2006年，73颗新的柯伊伯带天体被发现。
柯伊伯带天体总数达到1137个。(2014年这个数字上升到1272。)
现在已知的、直径超过900公里的十个柯伊伯带天体，有八个是在这几年里发现的。(其余两个，一个是冥王星，另一个是2007年发现的。)其中，2003UB313，后来命名为阋神星(136199 Eris)，不但直径大于冥王星，质量更是超过冥王星27%。
这些发现，直接导致了2006年国际天文联合会(IAU)重新定义行星这个概念，引入矮行星(dwarf planet)这个新概念，把冥王星、阋神星等几个最大的柯伊伯带天体归入矮行星类别。一般认为，这是给冥王星降级，斯登至今对此耿耿于怀。但实际上，这 个“降级”反而增加了考察冥王星的紧迫性，因为冥王星能够让人们揭开数以千计的矮行星、小行星的秘密，揭开距离太阳30-100天文单位的广阔太空的秘 密。这要比考察一个孤零零的、只有地球1/500质量的“第九大行星”要有意义得多。
冥王星本身也变得更加复杂和有趣。2005年5月，哈勃望远镜发现了冥卫二(Nix)、冥卫三(Hydra)。冥王星系统的复杂程度超过了地球、火星、金 星、水星。(2011年和2012年，冥卫四(Kerberos)、冥卫五(Styx)分别被发现，层出不穷的卫星导致人们严重怀疑冥王星存在一个光环。 新地平线号的一个任务就是确认光环的存在与否，以及发现可能存在的更多卫星，此是后话不提。)
NASA的计划F，直到2005年5月都没有正式名称。候选的名称有一箩筐，但斯登都不满意。结果有天他正在巨石城(Boulder, CO)的一个交叉路口等红灯，向西望见洛基山脉(Rocky Mountains)横贯地平线，突然灵光闪现。飞船要飞往的，正是柯伊伯带这个新地平线。而且新地平线缩写是NH，刚好和刚发现的冥卫二(Nix)、冥 卫三(Hydra)的第一个字母吻合。飞船名称就此决定下来。
2011年我去科罗拉多州度假，途径巨石城，西望洛基山脉，的确很壮观。
9)
2006年1月19日，经过两次失败的尝试，新地平线号终于在卡纳维拉尔角空军基成功发射。此时，斯登已经是49岁，从他第一次为探测冥王星努力已经过了 17年。然而，现在依然不是大功告成，远远不是。新地平线号飞越冥王星，预计是2015年7月14日，遥远的9年半以后，届时斯登已经是60岁，几乎可以 退休了。
事实上，整个飞向冥王星的努力，已经变成人和时间的赛跑：
还记得JPL提出的多快好省计划D么？1992年该项目的某位科学家有点自鸣得意，打电话给冥王星发现者汤博，“征求他的允许访问他的行星”。当时汤博可 能满怀希望能够亲眼看见人类飞船访问冥王星，可惜事与愿违，如前所述计划D最终被取消。汤博于1997年逝世，都没能知道新地平线计划。
2004年，新地平线项目经理年迈退休，不得已换新人。
2006年，学生团队把仪器冠名为威尼西娅•伯妮后，斯登特地找到伯妮，当面颁发命名证书。三年后，就在新地平线号即将跨过航程中点(15天文单位)前夕，冥王星命名者伯妮去世。
2012年，汤博的遗孀帕特里夏•汤博(Patricia Tombaugh)去世，享年99岁。她有幸亲历新地平线号的研制和发射，也知道飞船已经成功跨越天王星轨道。最主要的，她知道新地平线号搭载了一盎司汤 博的骨灰，她丈夫早已是距离冥王星最近的人类，而且每分每秒都更加接近冥王星。
2015年，冥卫一发现者克里斯蒂将是78岁高龄，伟大旅程的发现者法兰德罗将是81岁高龄。如无意外，他们应该都可以目睹新地平线号到达冥王星。
1965年法兰德罗用红蓝笔涂鸦的时候，冥王星是他的天才航线的终点。而如今，冥王星只是柯伊伯带的起点，新地平线号飞船在冥王星将看到由千万颗矮行星和小行星组成的崭新地平线。飞向冥王星的50年，是人类迄今为止最伟大的旅程！
(全文完)
