科学家是怎么隔着 48 亿公里控制新视野号的飞行的？
首先，得明白一个最根本的限制：光速。 信号，无论你是用无线电波还是激光，它的传播速度都是有限的，也就是光速。四十八亿公里是什么概念？我们知道，地球到月球的平均距离是大约三十八万公里，光从地球到月球只需要一秒多。而四十八亿公里，这可是地球到月球距离的一万两千多倍！这意味着，你发送一个指令，新视野号需要经过差不多六个小时才能接收到。然后，它执行指令并发送回信息，又需要六个小时。你想想，这就像是一场超级慢动作的视频通话，一次来回就要十二个小时。所以，你不可能像玩无人机那样，实时操控它的每一个动作。
那么，既然不能实时操控，科学家们是怎么做的呢？答案是：高度自主性 + 精心规划的指令集。
1. 超级精准的轨道设计与导航：
在新视野号出发之前，科学家们就用了无数的计算来精确设计它的轨道。你知道吗，它不是“飞过去”的，而是被“发射”到那个特定轨道的。这个轨道是基于引力辅助和天体力学的计算，它利用了太阳、行星（尤其是木星）的引力，就像一个超级精密的弹弓，将新视野号“甩”向冥王星，并且这个过程中它自身的燃料消耗几乎可以忽略不计。
一旦发射，新视野号就在按照预设的轨道飞行。它的导航系统非常强大，可以依靠星光传感器来确定自己的方向和位置。它会识别并锁定熟悉的恒星，比如北极星等，然后根据它们在天空中的位置来判断自身的姿态。同时，它内部还有一个惯性测量单元（IMU），就像飞机上的陀螺仪一样，能感知它的速度和角速度变化。这些信息被整合起来，构成一个非常精确的内部地图，让它知道自己在哪里，要去哪里。
2. 指令的“预打包”与“定时发送”：
鉴于信号传输的延迟，科学家们不可能实时指挥新视野号完成复杂的科学观测任务。取而代之的是，他们会提前为新视野号编写一套详细的“任务计划”，然后将这些指令打包成一个个数据包，通过深空网络（Deep Space Network, DSN）发送出去。
想象一下，他们不是对新视野号说：“现在，把望远镜瞄准那个亮点，拍张照片。”而是会说：“在接下来的五天里，按照这个精确的时间表，依次执行以下操作：1. 调整姿态，使主天线指向地球。2. 启动X仪器，进行XXXX光谱分析，记录数据直到XXXX时间点。3. 切换至Y相机，对冥王星的A区域进行高分辨率成像，拍摄XXXX张照片，每张照片曝光时间为XX秒，间隔XX分钟。4. 将所有数据存储至机载硬盘……”
这些指令就像一个高度预设的脚本，新视野号会按照这个脚本一步一步地执行。它内部有强大的计算机系统，可以处理和执行这些指令，甚至在接收到新指令之前就能自主完成大部分工作。
3. 深空网络（DSN）：地球上的“超级耳朵”和“巨型嘴巴”：
控制新视野号离不开一个庞大的地面支持系统——NASA的深空网络（DSN）。这个网络在全球范围内拥有三个大型的天线站，分别位于加利福尼亚的戈德斯通、西班牙的马德里和澳大利亚的堪培拉。这三个站分布在全球，确保无论地球如何自转，总有一个天线能够与远在太空深处的航天器保持通信。
这些天线直径巨大，有的甚至高达70米，它们拥有极其灵敏的接收能力，可以捕捉到来自新视野号这样微弱的信号。同时，它们也能发射强大而集中的无线电波信号，将指令送达遥远的探测器。
当你看到一张从冥王星传回来的高清照片时，要知道，这张照片的数据是以极慢的速度、通过微弱的信号，从冥王星一路传到地球，经过DSN的接收、放大、解码，然后呈现在我们面前的。传输速度非常慢，可能只有几百比特每秒，所以一张高质量的图片需要花费很长时间才能传输完毕。
4. 自我诊断与冗余设计：
在如此遥远的距离，任何一个小小的故障都可能是致命的。因此，新视野号的设计充满了“智慧”。它拥有强大的自我诊断能力，能够检测自身的运行状态，并对许多潜在的问题进行自我修复。比如，如果某个科学仪器出现异常，它可能会尝试重启该仪器，或者切换到备用模式。
此外，关键的系统往往都有备用设备。如果主计算机出现问题，它还可以切换到备用计算机。这种冗余设计大大增加了航天器的可靠性。
5. 精确的轨道保持与姿态控制：
虽然大部分依靠轨道设计，但新视野号也装备了小型推进器，用于进行微小的轨道修正和姿态调整。这些调整不是为了改变大的飞行方向，而是为了在高精度观测时稳定姿态，或者在穿越小行星带等潜在危险区域时进行微小的避让。
这些调整指令也是预先计算好的，然后发送给新视野号，由它内部的控制系统精确执行。例如，为了拍摄清晰的照片，它需要精确地将相机指向目标，并保持稳定，这通常需要用到它的推进器来抵消探测器自身的细微震动。
总结一下，科学家隔着四十八亿公里控制新视野号的飞行，不是通过我们想象中的那种“实时遥控”，而是通过：
极致的数学计算和轨道设计，让它能在没有额外燃料消耗的情况下，沿着预设路径飞行数年。
强大的自主导航与姿态感知能力，让它自己知道在哪儿，往哪儿飞。
精心规划的、包含数天乃至数周任务的“指令集”，通过深空网络分批次、按计划发送。
无与伦比的地面通信设施（DSN），如同连接宇宙的“天文望远镜”和“超级信号放大器”。
高度智能的机载系统，能够自主执行指令、自我诊断和应对突发状况。
每一次成功的通信，每一次回传的数据，都凝聚了无数科学家、工程师的心血和智慧。他们就像是为新视野号量身定做了一个详尽的“人生剧本”，然后耐心等待这个孤独的使者，在无垠的宇宙深处，一步步地将剧本中的情节完美演绎出来。这是一种基于科学、耐心和信任的远程协作，是对人类探索未知边界的极致体现。
网友意见
多谢@张之诗 的邀请哈！转载之类的也烦请私信一下撒！
关于这次任务意义的事情就不废话啦，之前做过一个回答，新视野号 (New Horizons) 抵达冥王星具有什么重要意义？ - 太空精酿的回答。
正像题目中所说，地球距离新视野号48亿公里，按照光速需要4.5小时才能单程到达。而在整个从地球出发飞往冥王星的过程中，它的飞行轨迹基于精细的设计与仿真，毋庸置疑需要非常复杂的控制过程才能顺利抵达。任何一个信号和指令的发送与接收，一定包括四个方面：指令生成、发送、传递与接收。地面主要负责指令生成，当然新视野也有一定的自主导航能力，这里只关注地面指令部分。因为控制也是一个双向交互的过程：地面既要发送指令，又要接收卫星状态信息，同理对于卫星亦然。下面按照这个顺序来解释如何控制：
借自NASA
本图是新视野的飞行轨迹，每个颜色代表一个年份的飞行时间区间，可以看到它从起飞到目前的轨迹大概经历了两个主要阶段：
a. 摆脱太阳系内部行星圈(火星以内)，这个基本上美帝的火箭一口气就给打出来了。
b. 借助强大的木星(土星的影响还没到)引力造成“引力拖车”效应，大概就是火箭相当于一个弹弓把新视野往未来(一年后)木星的位置上打去了，木星到时果然出现。根据牛顿定律(力的吸引会使物体加速)，木星会使卫星加速，但轨道设计又非常合理，不会落入木星的引力圈内。所以相当于再用木星作为弹弓，把它朝冥王星的未来（八年后了）位置上打去。这段时间内，可以看到土星、天王星和海王星都离新视野很远，所以引力不会有很大干扰，相当于可以直线飞行。到了2015年7月14日，二者按照原计划汇合，任务成功。
那么这个阶段经历了哪些过程会生成了哪些指令呢？
第一部分. 控制指令生成：
a. 卫星平台基本系统的启动与稳定工作保持，比如星上计算机、动力(核电池)系统、姿态确定(陀螺、星敏感器之类的)系统、通讯系统(下面介绍)、数据预处理与储存系统、能源优化利用系统、姿态控制(微型喷气发动机)系统、温控系统等等一大堆...
b. 有效载荷系统，主要是上面带的各种大家根本没有听说过的高端仪器，我这里也不赘述啦，总而言之这些有效载荷的存在才使我们通过卫星获得了想要知道的信息，比如这两天刷屏的冥王星无码免冠清晰彩色近照。
太阳系内星际转移各个最优点
c. 轨道机动，这些机动是飞行任务能够成功极其极其极其重要的方面。因为大家有所不知，根据深空飞行的多体引力场影响，在关键点(最小能量消耗获得最大收益，一般指引力平衡点例如拉格朗日点之类的，见上图哇)需要作出非常精细的轨道机动，真心是差之毫厘谬以千里，错0.1米每秒就完全不同的轨道了。新视野经历了以下几个机动(它的飞行启动速度在16300m/s以上，大家可以看下面的数据感受这些发动机的控制有多精细)：
c.1 2006年1月28和30日(起飞10天后)，脱离日地引力平衡位，修正两次轨道，速度变化18m/s；
c.2 2006年3月9日，发动机工作76秒，速度变化1.16m/s；然后被木星狂加速了一把；
c.3 2007年9月25日，发动机工作937秒，速度变化2.37m/s；
c.4 2010年6月30日，发动机工作35.6秒，速度变化0.44m/s；
有没有觉得在这么远的距离做出这么小的动作，难度挺大的...太阳引力总体作用是使它减速，现在大约14500m/s
d. 它中间为了节省燃料也节省地面控制人员成本，必须休眠，2014年底才重新唤醒，也属于指令；
e. 所有仪器工作时，各种调姿态、拍照、记录数据等，都要地面控制指令。而这个时候已经是单程数小时了。
第二部分：地面发送指令与接收数据
地面的指令发送站，也是数据接收站。对于这种深空任务，因为可能离地球极其远，已然不可能通过普通基站或测量船来发送、接收了，必须通过这个地球上强大的深空通讯网络(Deep Space Network , DSN)，它最早是美国海陆空三军一起搞的，现在名义上是一个国际天线网，实质上依然由NASA的JPL(喷气推进实验室)控制。
有三个天线站，分别位于美国加州、西班牙马德里、澳大利亚堪培拉，基本上分布为各隔120度。意义不用废话了，因为地球在自转，要保证任一时刻卫星传回的信号都有至少一个站能接收到。信号本来就很弱了，地球这个结结实实的石头块儿肯定把信号全部挡完了。
2014年印度成为了第一个发射火星探测器成功的亚洲国家(仅次于美欧俄排第四，咱们之前的萤火一号被俄罗斯发射失败了，心痛啊，印度还是全球第一个首次发射火星探测器就成功的国家，哎！哎！汪汪汪汪汪！！！！)，他们很核心的深空测控任务，就完全依赖美国的这个网络。俄罗斯有一个，在远东、克里米亚和莫斯科(地盘大，本土就可以建成一个牛逼的网络，克里米亚问题这里不讨论)。欧空局也有一个，在阿根廷、西班牙和澳大利亚。
我国的在喀什和青岛的应该会发展成深空站，还打算在南美建一个，这样的话我们就也有一个全球网了(都是网络上公开信息哈)。其实当时不仅要让俄罗斯帮咱们打萤火一号，还要借他们网络，不容易啊！
第三部分：深空信号传递
所有的信号都由电磁波来传递，光也是一种电磁波。距离是信号最大的问题，传的远了，自然就弱，克服这个方案如下：更强大的天线发射功率，越大越好，但无论是卫星还是地面天线，都有大小瓶颈，受诸多原因控制；提高载波频率；采用信道编译码技术(根据各路讨论，我发现自己不懂这些技术，大概就是信号处理，使其优化)。上述比较值得咱们关注的是通信信号频率的选择：
一般情况下深空任务都会用S、X和Ka波段，这个用的是X波段，大概是个神马情况呢，如图。比人类可以看见的光频率低上不少，频率大概在8-12 GHz，波长大约在毫米级，属于雷达波段里的高频了。至于传递之前和之后的信号增益、处理之类的，咱们不关心(本汪能力不够解读)。
第四部分：星上信号发送与接收
新视野安装了一个直径2.1米的高增益天线，能够与地球的深空网络保持联系，接收来自地球的指令，以及将收集得到的科学资料输送回去地球。正上方有一个低增益天线，是高增益天线的后备，以备不时之须。高增益天线有两条频带收发讯号，频谱宽阔，上传下载速度高；低增益天线只有一条窄频带，效率较低，但是在紧急情况之下，可以顶替高增益天线的工作。不用在意这么多看不懂的技术名词，他们的作用就是发送与接收信号而已。
所以深空任务的有效测控是一系列因素实现的，比如：
1. 没有足够强的政治影响力，哪里有能力建立一个全球覆盖的深空网(俄罗斯地盘够大除外)，如果中国不够强大，南美、澳洲甚至非洲都不鸟你，建什么全球覆盖深空网？
2. 强大的技术要求。可以看到各种轨道机动要求非常非常非常严格，所以深空网的测控能力要求也是极高的，既要求稳、又要求准，地面上人的理论能力也要跟上，比如变0.5m/s和0.4m/s是完全不同的；
3. 需要强大的基础工业能力。咱们的理论技术丝毫不比美国的差，中国人发的各种论文仿真出的罗塞塔和其他任务的轨道也是极其准确。可问题来了，你做的理论需要那个发动机能够执行出来，比如有一个轨道机动，在937秒内改变2.37m/s的速度，得需要一个何等精确的发动机！还有那些深空天线，动辄六七十米直径，得超高标准制造出来；动力系统，微型的核能电池，也非常复杂；再进一步，你的航天器要能飞到冥王星，要保证上面的元器件在太空那种高辐射、超低温的环境下无故障运行至少10年(旅行者都飞了近40年了还算可以)，这些方面我们有待进步，不过客观说咱们目前也没差这么远了，未来绝对和美国有一拼。
4. 首先的首先，得先有一个探测器能发射出去，比如嫦娥之类的，多多益善，没有试验尤其是失败的试验，坐在实验室里对着电脑仿真可不靠谱。
5. 每个航天能搞好的国家，都需要无数航天汪聚在一起不断努力，木有捷径，人才人才和更多的人才永远是超越一切的力量，大家加油！
6. 综上，既要珍惜保护野生动物，又要尊重爱护航天汪们！
一个美图(冥王星)就是这样产生的！
谢谢邀请啦，哈哈，希望对大家有所帮助！
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