經過6年零7個月漫長而寂寞的旅行，卡西尼土星探測器將于2004年7月1日開始進入環土星軌道。這個當年被科學家戲稱為“一大籃子雞蛋”的冒險計劃，終于開始了與土星的“親密接觸”。
　　“卡西尼/惠更斯”探測器是美國航宇局與歐空局合作研制、發射的深空探測器，這是一項大型國際空間合作項目，整個計劃耗資34億美元，參與設計的科技人員總數達到4300多名。旨在探測土星系統，包括土星及其大氣、磁場、光環和衛星，重點是探測土星最大的衛星“土衛六”的大氣層。
　　盡管早在20世紀七八十年代，已有“先驅者”10號和11號，“旅行者”1號和2號，先後拜訪過土星，但是，它們都是在土星近旁匆匆而過。而如今，“卡西尼”號將圍繞土星運行74圈。先是在土星赤道面上運行，有多次接近土星、土星光環和土星衛星的機會。以後，它將依靠自己的小型反作用力推進器，逐步改變運行軌道的角度。這樣，它就能夠在4年時間之內縱覽土星全貌，保證完成對土星家族的多項考察任務。
　　
　　迂回曲折的借力航線
　　
　　卡西尼/惠更斯探測器于1997年10月15日，用大力神/半人馬座火箭在卡那維拉爾角肯尼迪航天中心發射升空。為了讓卡西尼盡量做到高效率、低成本，科學家們給它設計了一種與伽利略號相似的“借力入軌”路線。因此，卡西尼並不直接進入奔向土星的航線，而是進入一條近日點在地球軌道內的以太陽為焦點的橢圓軌道。利用金星、地球和木星對它的巨大引力作用，一次又一次地獲得完全免費的加速，從而實現其進入土星軌道的最終目標。這種方法的缺點是耗費時間比較長，優點是可以節省大量的燃料，節約許多經費，同時又可以大大地減小飛船自身的重量，從而能夠攜帶更多的科學儀器和設備。探測器于1998年4月首次飛掠金星，利用金星引力，獲得第一次加速；隨後在繞太陽運行將近一圈時，于1999年6月，再次飛掠過金星，獲得第二次加速；同年8月，從離地球900千米處飛過，獲得第三次加速；2000年12月，從木星近旁飛過，得到最後一次加速；又經過3年半的飛行，于2004年6月到達土星附近，7月1日將進入環繞土星的大橢圓軌道，近土點離土星表面約18000千米，遠土點達200萬千米。最精彩的是，卡西尼最初是在土星環的下面飛行，但它進入環火星軌道後，將從土星的F環與G環之間的巨大縫隙中穿越到土星環的上方。這听起來是不是有點兒像科幻電影？
　　
　　2004年12月25日，當卡西尼/惠更斯環繞土星運行大約3/4圈，離土星約100萬千米處，將釋放惠更斯子探測器，使其奔向土衛六。軌道器則轉移到一條便于同惠更斯進行無線電聯系的軌道上。此後，軌道器將在這條軌道上繼續環繞土星運行4年共74圈，並有45次機會接近土衛六。
　　
　　高效率低成本的卡西尼
　　
　　卡西尼/惠更斯探測器（以下有時簡稱“卡西尼”）是人類迄今為止發射的最大、最重的深空探測器，高6.8米，最大直徑4米。發射質量5655千克，其中干重2523千克，推進劑3132千克。
　　卡西尼由軌道器和惠更斯子探測器兩部分組成。軌道器包括下設備艙、發動機及推進劑貯箱、上設備艙、12個電子設備小艙和最上面的直徑4米的高增益天線，由下往上垂直地疊放在支架上。此外還有一個11米長的磁強計伸桿和幾副低增益天線。惠更斯子探測器安裝在支架的側面。卡西尼探測器共攜帶18台科學探測儀器︰軌道器攜帶12台，惠更斯探測器攜帶6台。
　　電源使用質量輕、體積小的鐶-238放射性同位素熱電發電器，無反應堆，無活動部件，安全可靠，11年壽命末期可發電628W。器載的設備采用絕熱包覆層、反射涂層、相互遮擋、儀器設備工作產生的熱、電加熱器和小型同位素加熱器等多種措施，使溫度保持在允許範圍內。
　　軌道器用X頻段高增益天線與地面深空網進行無線電通信。高增益天線同時用于無線電和雷達實驗及同惠更斯子探測器通信。卡西尼采用三軸穩定姿態控制，用一組0.5牛推力器和反作用飛輪為執行機構。探測器飛行途中離地球越來越遠，其工作不能靠地球實時遙測和遙控。軌道器上有2台1.8GB容量的固態存儲器，用以儲存各種工程遙測和科學探測數據。數據的儲存和回放由器載的指令和數據系統控制。
　　
　　內容豐富的探測計劃
　　
　　“卡西尼”是人類進入空間時代以來對太陽系中某一顆行星進行的最周密、持續時間最長的一次空間探測計劃。它所承擔的考察內容頗為豐富。
　　全面考察土星。4年當中有多次觀察土星及其家族的計劃。
　　從2004年1月起，卡西尼尚未進入環繞土星運行軌道，由于離土星比較遠，可以比較全面地看到土星及其整個家族，這是拍攝土星家族完整照片和電影的最佳時機。卡西尼攜帶的圖像科學子系統照相機（cameras of the Imaging Science Subsystem簡稱ISS照相機）比哈勃望遠鏡上的類似照相機性能更好，有可能發現新的衛星，或者能夠得到一些可以幫助我們更好理解光環與內層衛星是如何相互作用的線索。
　　2004年7月1日卡西尼進入環繞土星運行的軌道，隨著主發動機點火，開始按預定計劃執行探測任務。它有兩次通過光環面的飛行，啟用質量分光計分析捕捉到的粒子，確定它們的成分和特性。同時也是查看土衛六南極地區的好機會。行星天文學家對土衛六底層大氣的光學特性仍然缺乏全面認識，期望ISS照相機能獲得很好的表面圖像。
　　2005年4∼9月，卡西尼的軌道傾角將增加，從土星赤道平面變為與之有22度的傾角。這時可以對土星光環和土星大氣進行測量，將給出光環的結構和光環物質的粒子及土星大氣的物理特性。
　　2006年7月∼2007年7月，系統地監視和繪制土星、土星光環、土星磁層及土衛六的圖像。在此期間卡西尼有十幾次飛近土衛六的機會，每次距離950千米左右。再次增加軌道傾角，使之能更好的對光環進行觀察。
　　2007年7∼9月，卡西尼再次拍攝土星及其家族的電影。還將用較多的時間監視土星的天氣，希望能拍攝到可以反映土星大氣動力學的電影。
　　
　　 2007年10月∼2008年7月，卡西尼依靠自己的小型反作用力推進器，逐步改變運行軌道的角度，使傾角盡可能大，運行最後的5圈時軌道傾角達到75.6度。目的是為了讓卡西尼能更好地觀測土星的光環，測量土星軌道平面以上的磁場和粒子，以及監測土星的極區和極光現象。
　　重點考察土衛六。卡西尼探測土星計劃中，把考察土衛六作為最重點的任務之一。不僅多次親自接近土衛六，還要將它攜帶的子探測器惠更斯號釋放到土衛六的表面上去。2004年7月1日進入環繞土星軌道運行的初期，卡西尼對土衛六基本情況的探測，將成為以後發射惠更斯到土衛六上能否成功的關鍵。
　　從2004年10月26日開始，安排了三次稱作“泰坦”的土衛六探測計劃。第一次定于2004年10月26日，稱為“泰坦A”。卡西尼距離土衛六1200千米，利用多種儀器包括可見光和紅外成像光譜儀，獲取土衛六的大範圍表面圖像。還將進行雷達實驗，探明土衛六大氣的稀薄程度，這將決定卡西尼以後的飛行究竟應該距離土衛六多遠才合適。第二次是2004年12月13日的“泰坦B”。卡西尼將離土衛六稍遠一些，選擇一些特殊的區域進行攝像，得到土衛六的一些特寫照片，至今我們還沒有關于土衛六的任何特寫。第三次“泰坦C”計劃由惠更斯來承擔。在2007年到2008年的最後階段，卡西尼還將有10次接近土衛六進行觀測的機會。
　　探測其他衛星。土星共有31顆衛星，卡西尼將選擇其中幾個特點突出的衛星進行重點考察。
　　
　　在卡西尼進入環繞土星運行的軌道以前，2004年6月11日卡西尼可在2000千米的距離上觀察距土星最遠的衛星土衛九，測量它的質量和密度。
　　計劃將有4次靠近最明亮的衛星土衛二的飛行。2005年2月17日卡西尼在離它1179千米處通過，3月9日將更近，距離僅499千米。卡西尼上的磁場實驗可能發現這個衛星內部是否有含鹽分的水存在。
　　2005年9月11日卡西尼將逐個地接近土衛四、土衛五、土衛七以及土衛三，分別對它們進行觀測。土衛四、土衛五除了表面到處都是坑坑窪窪，還有哪些與月球相似之處？土衛七不僅自身形狀極不規則，而且自轉也沒有規律。土衛三的密度和水一樣，很可能是一個冰球。更有趣的是它的前後各有一顆很小的衛星土衛十三和土衛十四與它同軌繞土星運轉，這是整個太陽系中僅僅在小行星中才另有一例的奇特現象。
　　2007年9月10日卡西尼將靠近“兩面派”土衛八，在距離它約1000千米處進行觀測。土衛八的一面是黑色或者是深暗紅色，而另外一面卻接近于白色，兩面的反光能力相差15倍。這麼奇怪的衛星是怎麼形成的？不知卡西尼能否為我們解開這個謎。
　　2007年12月3日和2008年3月12日，“卡西尼”兩次接近土衛十一，分別在6190千米和995千米的距離上觀察土衛十一。土衛十一距離土星很近，位于土星光環之中，公轉周期很短。這是空間探測以後才發現的衛星，目前對它了解還不多。
　　其它任務。當卡西尼完成上述全部任務以後，如果仍有燃料和動力的話，將會去完成一些擴展的任務。例如，可以對土衛六新的季節的觀測以及大氣的改變情況的觀測。也可能追求一些人們期望的在土星家族其它地方令人激動的新發現。或者讓卡西尼直接通過土星光環或者是更接近土衛六的表面。總之，人們期望卡西尼能夠取得更多的成果，要讓卡西尼物盡其用。伽利略探測木星的一些重要成果就是來自其擴展的任務。卡西尼具體執行哪些擴展任務，尚需科學家們再討論。