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“新视野号”发射时的质量为453千克。探测器外形像一把短锹，其中锹把是它的核电站，锹身是探测器本体，锹身上顶着的大锅则是它的天线。探测器本体为三角形，长2.1米，最宽处约2.7米，高0.7米，大小相当于一架钢琴。
“新视野号”探测器的通信采用x频段，包括一副直径达2.1米的高增益碟型天线、一副中增益碟型天线和两副低增益宽波束天线。“新视野号”的天线比大多数深空探测器要大得多，这是由于距离遥远，信号微弱，所以需要一个很大的天线来接收和发送数据和信号。
“新视野号”有两种姿态控制模式，在科学探测阶段采用三轴稳定和自旋稳定模式；在巡航阶段的休眠期和轨道修正机动时采用自旋稳定，额定转速为5次/秒。
“新视野号”的推进系统由16个单元肼推进器组成，其中4个推力为4.4牛的推进器主要用于修正飞行轨道，12个推力为0.8牛的推进器主要用于使探测器自旋加速或减速。“新视野号”共携带77千克推进剂，用于在航行过程中修正轨道或改变航向。在飞赴冥王星的过程中，它利用木星引力进行辅助加速；在抵达冥王星的时候，它采用飞越方式探测，因此在靠近冥王星时无需减速使之进入环绕轨道。这两个因素使得“新视野号”携带的燃料比较少。
“新视野号”为什么不环绕冥王星进行长时间观测呢？主要原因有两个，一是由于探测器的飞行速度必须非常快，这样才能确保在9.5年内到达距离地球50亿千米的冥王星。如果“新视野号”要进入冥王星轨道，必须将速度降低90%，这就需要多1000倍的燃料消耗，而“新视野号”携带的燃料不足以供减速和进入环冥王星轨道之用。二是“新视野号”一旦进入环绕冥王星的轨道，就无法将来脱离冥王星引力去探测其他的柯伊伯带天体。
2014年12月7日，在行星际飞行了48亿千米的“新视野号”被成功唤醒，此刻距离地球46.6亿千米、离抵达冥王星还有2.6亿千米。
2015年1月15日，当“新视野号”距离冥王星约100万千米时，探测器上的各种设备开始工作，对冥王星和卡戎进行全方位的探测并传回探测数据。以光速传输的探测数据传到地球需要4小时25分钟。当距冥王星16万千米时，探测器上的相机开始绘制第一批地图，并在随后的3个月里不断拍摄照片和测量光谱。如果那时冥王星的大气是冻结的，“新视野号”还能够观测到季节的变化。
2015年7月15日，“新视野号”将近距离飞越冥王星，与冥王星的最近距离为9600千米；与卡戎的最近距离为2.7万千米，持续时间约为半小时。届时，探测器将用可见光和近红外相机拍摄最高分辨率为60米、迄今为止最清晰的冥王星和卡戎照片。图像质量远远超过哈勃空间望远镜拍摄的冥王星。如果幸运的话，“新视野号”有望拍摄到冥王星上的云层或喷发的冰火山。虽然科学家推测冥王星表面可能存在这些现象，却从未被证实过。当近距离飞过冥王星时，“新视野号”采集的数据量异常庞大，根本来不及向地球回传。因此只能暂时存储这些数据，并在随后的1年多时间里陆续发送。
“新视野号”对冥王星和卡戎的飞越观测将持续6个多月，2015年7月之后将逐渐远离（图1）。在飞离冥王星和卡戎时，“新视野号”还将调转镜头回望，利用低太阳照射角造成表面地形明暗的优势，证实冥王星和卡戎表面是否平坦，是否拥有类似彗星那样的“尾巴”，是否拥有环带，是否有未被发现的卫星。
在完成对冥王星及其卫星的飞越考察后，“新视野号”将在2017～2020年探测柯伊伯带的其它天体，其中至少2个直径为40～90千米，这一阶段可能持续5～10年。如果一切顺利，“新视野号”的寿命将在15年以上。
对于从事太阳系探测的科技工作者而言，最幸运的科学家一辈子能从事两个半的探测项目，从科学思想酝酿、探测计划获得批准、到具体实施，能完整参与一项太阳系探测计划已经非常不易。假设一位科学家从三十岁入职到六十岁退休，他只有三十年的工作经历。而冥王星探测计划历经五年酝酿，新视野号飞船历经六年研制、九年飞行、十五年运营，时间跨度已经超过了很多科学家的整个科研生涯。科学家们这种前赴后继的不懈探索，恰恰是推动人类文明进步的不竭动力。