美国宇航局“新地平线”号探测器是一艘专门调查冥王星及其卫星系统的航天器，发射于 2006 年 1 月 17 日，预计在 2015 年抵达冥王星附近，飞行期间其创造新的速度记录，只花了 9 个小时就飞出地月系，成为人类有史以来建造的最快航天器，美国宇航局计划在冥王星调查任务之后开展延伸任务，对冥王星轨道之外的天体进行探测。
由于“新地平线”号探测器飞得太远，太阳根本不足以提供所需能量，因此它也有一个靠核反应提供能量的装置。图中是工作人员在检测“新地平线”号使用的核反应电池的放射性强度。
新地平线”号探测器造价达到了 7 亿美元，配备当前最先进的天体观测设备，可在各种波段上对冥王星进行“扫描”，科学家认为冥王星上存在太阳系早期形成的物质，其天体系统一直以来被神秘所笼罩，作为太阳系最外侧轨道的神秘天体，冥王星没有被专门的探测器调查过，“新地平线”号的航程将接近 50 亿公里，但其进入冥王星轨道后不进行减速，而是飞掠过冥王星，然后进入更加遥远的深空，去调查冥外天体。
长时间的深空飞行使其处于休眠状态：在长达 9 年的深空飞行中，冥王星探测器几乎都处于休眠期，这是因为星载设备的启动需要电力供应，长时间的深空飞行对仪器而言也是个考验，如果不能按时苏醒，那么探测器的调查任务也会失败。“新地平线”号在飞过木星轨道时拍摄了一些照片，并将这些数据传回地球，以验证探测器上的仪器是否处于工作之中。
“新地平线”号的目标很明确，就是调查冥王星天体系统：“新地平线”号的飞行轨迹与旅行者系列探测器不同，后者的轨道涵盖了各大行星，而“新地平线”号是专门调查冥王星的飞船，因此其目的很明确，目标直指冥王星。在调查完冥王星后，“新地平线”号将与旅行者系列、先驱者系列那样飞出太阳系。而且“新地平线”号探上还携带了与众不同的载荷，这就是冥王星发现者克莱德·汤博的骨灰，其在 1930 年代发现了冥王星。
冥卫一“卡戎”可能存在地下海洋：冥王星探测器上携带了多种分析仪器，其中包括高清晰可见光成像相机、标准成像光谱阵列等先进仪器，在对冥王星表面以及冥卫一表面进行调查，其热辐射探测器可对冥王星表面的分布的甲烷物质以及冥卫一“卡戎”表面的冰层进行分析，并推测冥卫一“卡戎”地下是否存在地下海洋，同时绘制出冥卫一的地形分布图。
“新地平线”号的天线需要对准地球：美国宇航局已经准备好向“新地平线”号发送指令的准备，并接受来自遥远的无线电信号，深空通信的最大难点在于天线的指向，如果无法准确指向地球，那么信号传输就会出现障碍，美国宇航局强大的深空网以及准备后接收“新地平线”号的传输数据，并向其发送信号。
“新地平线”号将调查冥王星轨道附近的带电粒子情况：“新地平线”号搭载的紫外成像光谱仪可对冥王星表面物质分布进行探测，并绘制出表面地形的图像，同时其还会配合星载望远镜，形成高分辨率的轨道图像，当“新地平线”号抵达冥王星轨道的最近点时就会启动。除了这些设备后，科学家还准备了诸如太阳风探测器、高能粒子摄谱仪、彗星等天体尘埃计数器等对遥远的太阳系空间进行基本参数调查，这是我们较为全面地对冥王星及其轨道环境进行研究的机会。尤其是柯伊伯带附近的带电粒子是科学家研究的重点之一，其形成于太阳风与一些中性原子的相互作用，可间接对太阳风在太阳系外侧轨道外的行为进行研究。
哈勃空间望远镜发现冥王星周围可能存在碎片环：“新地平线”号可能面临一场新的挑战，在 2012 年 10 月，哈勃空间望远镜发现冥王星周围还存在数个卫星系统，其周围至少存在 3 颗卫星和一些轨道碎片，科学家猜测冥王星周围还存在类似环的碎片结构，这个消息对“新地平线”号而言是非常不利的，因为其很可能在飞掠的过程中与之相撞，因此美国宇航局也在研究如何改变“新地平线”号的轨道，使之避免与潜在的天体碎片发射碰撞。
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