Clementine (spacecraft)

Charged Particle Telescope (CPT)Edit

Il Charged Particle Telescope (CPT) su Clementine è stato progettato per misurare il flusso e gli spettri di protoni energetici (3-80 MeV) ed elettroni (25-500 keV). Gli obiettivi primari dell’indagine erano di: (1) studiare l’interazione della coda magnetica della Terra e gli shock interplanetari con la Luna; (2) monitorare il vento solare in regioni lontane da altri veicoli spaziali come parte di uno studio coordinato multimissione; e, (3) misurare gli effetti delle particelle incidenti sulla capacità operativa delle celle solari del veicolo spaziale e altri sensori.

Al fine di soddisfare il limite rigoroso sulla massa dello strumento (<1 kg), è stato implementato come un telescopio a elemento singolo. Il telescopio aveva un campo visivo semiangolare di 10 gradi. Il rivelatore, un tipo a barriera superficiale di silicio con un’area di 100 mm2 e uno spessore di 3 mm, era schermato in modo da impedire ai protoni sotto i 30 MeV di raggiungerlo da direzioni diverse da quella dell’apertura. L’apertura era coperta da una lamina molto sottile per evitare che la luce impattasse sul rivelatore e generasse rumore. Il segnale del rivelatore era suddiviso in nove canali, i sei più bassi dedicati alla rivelazione degli elettroni e i tre più alti ai protoni e agli ioni più pesanti.

Telecamera ultravioletta/visibileModifica

Il Reiner Gamma Lunar Swirls a 750 nm, come registrato dalla missione Clementine

La telecamera ultravioletta/visibile (UV/Vis) fu progettata per studiare le superfici della Luna e dell’asteroide Geographos a cinque diverse lunghezze d’onda nello spettro ultravioletto e visibile. Il rendezvous di Geographos è stato annullato a causa di un malfunzionamento delle apparecchiature. Questo esperimento ha fornito informazioni sulle proprietà petrologiche del materiale superficiale della Luna, oltre a fornire immagini utili per studi morfologici e statistiche di craterizzazione. La maggior parte delle immagini sono state prese a bassi angoli del Sole, il che è utile per gli studi petrologici ma non per osservare la morfologia.

Il sensore consisteva in un telescopio catadiottrico con un’apertura di 46 mm e lenti in silice fusa focalizzate su una camera CCD Thompson rivestita con un passa banda di 250-1000 nm e una ruota di filtri a sei posizioni. La risposta alla lunghezza d’onda è stata limitata all’estremità della lunghezza d’onda corta dalla trasmissione e dalla sfocatura ottica della lente, e all’estremità lunga dalla risposta del CCD. Il CCD era un dispositivo di trasferimento di frame che permetteva tre stati di guadagno (150, 350 e 1000 elettroni/bit). I tempi di integrazione variavano da 1 a 40 ms a seconda dello stato di guadagno, dell’angolo di illuminazione solare e del filtro. Le lunghezze d’onda centrali dei filtri (e le larghezze di banda (FWHM)) erano 415 nm (40 nm), 750 nm (10 nm), 900 nm (30 nm), 950 nm (30 nm), 1000 nm (30 nm), e un filtro a banda larga che copre 400-950 nm. Il campo visivo era di 4,2 × 5,6 gradi, che si traduce in una larghezza della traccia trasversale di circa 40 km ad un’altitudine lunare nominale di 400 km. L’array di immagini era di 288 × 384 pixel. La risoluzione dei pixel variava da 100 a 325 m durante una singola orbita di mappatura della Luna. A Geographos la risoluzione dei pixel sarebbe stata di 25 m al massimo avvicinamento di 100 km, dando una dimensione dell’immagine di circa 7 × 10 km. La fotocamera ha scattato dodici immagini in ogni burst di 1,3 s, che si è verificato 125 volte nel corso degli 80 minuti di mappatura durante ogni orbita lunare di cinque ore. la superficie della Luna è stata coperta completamente durante i due mesi di fase di mappatura lunare della missione. La gamma dinamica era di 15.000. Il rapporto segnale/rumore variava da 25 a 87 a seconda dell’albedo della superficie e dell’angolo di fase, con una calibrazione relativa dell’1% e una calibrazione assoluta del 15%.

Telecamera CCD nel vicino infrarosso (NIR)Edit

La telecamera Clementine nel vicino infrarosso (NIR) è stata progettata per studiare le superfici della Luna e dell’asteroide vicino alla Terra 1620 Geographos a sei diverse lunghezze d’onda nello spettro del vicino infrarosso. Questo esperimento ha fornito informazioni sulla petrologia del materiale superficiale della Luna. Il rendezvous con Geographos è stato annullato a causa di un malfunzionamento dell’attrezzatura.

La fotocamera consisteva in una lente catadiottrica che si concentrava su una matrice del piano focale del CCD Amber InSb raffreddata meccanicamente (ad una temperatura di 70 K) con un passa banda di 1100-2800 nm e una ruota di filtri a sei posizioni. Le lunghezze d’onda centrali dei filtri (e le larghezze di banda (FWHM)) erano: 1100 nm (60 nm), 1250 nm (60 nm), 1500 nm (60 nm), 2000 nm (60 nm), 2600 nm (60 nm) e 2780 nm (120 nm). L’apertura era di 29 mm con una lunghezza focale di 96 mm. Il campo visivo era di 5,6 × 5,6 gradi, dando una larghezza della traccia trasversale di circa 40 km ad un’altitudine lunare nominale di 400 km. La Luna ha avuto una copertura completa della mappatura durante i due mesi di fase lunare della missione. L’array di immagini è di 256 × 256 pixel, e la risoluzione dei pixel variava da 150-500 m durante una singola orbita di mappatura della Luna. (A Geographos la risoluzione dei pixel sarebbe stata di 40 m al massimo avvicinamento, dando una dimensione dell’immagine di circa 10 × 10 km). La fotocamera ha scattato dodici immagini in ogni raffica di 1,3 s, che si è verificata 75 volte nell’arco di 80 minuti di mappatura durante ogni orbita lunare di cinque ore. La gamma dinamica era di 15.000. Il rapporto segnale/rumore variava da 11 a 97 a seconda dell’albedo della superficie e dell’angolo di fase, con una calibrazione relativa dell’1% e una calibrazione assoluta del 30%. Il guadagno variava da 0,5X a 36X.

Laser Image Detection and Ranging (LIDAR) SystemEdit

Misure di rilievo effettuate dal LIDAR

L’esperimento Clementine Laser Image Detection And Ranging (LIDAR) è stato progettato per misurare la distanza dal veicolo spaziale a un punto sulla superficie della Luna. Questo permetterà di realizzare una mappa altimetrica, che può essere utilizzata per vincolare la morfologia dei grandi bacini e di altre caratteristiche lunari, studiare le proprietà di stress e deformazione e di flessione della litosfera, e può essere combinata con la gravità per studiare la distribuzione della densità nella crosta. L’esperimento è stato anche progettato per misurare le distanze dalla superficie di Geographos, ma questa fase della missione è stata annullata a causa di un malfunzionamento.

Il sistema LIDAR consisteva in un trasmettitore laser Nd-YAG (Yttrium-Aluminum-Garnet) da 180 mJ, lunghezza d’onda 1064 nm, che trasmetteva impulsi alla superficie lunare. Il laser produceva un impulso con una larghezza inferiore a 10 ns. Alla lunghezza d’onda di 1064 nm, l’impulso aveva un’energia di 171 mJ con una divergenza inferiore a 500 microrad. A 532 nm, aveva un impulso di 9 mJ con una divergenza di 4 millirad. L’impulso riflesso ha viaggiato attraverso il telescopio della High-Resolution Camera, dove è stato diviso da un filtro dicroico verso un rivelatore di fotodiodi a valanga di silicio. Il rivelatore era un ricevitore SiAPD a cella singola 0,5 × 0,5 mm con un campo visivo di 0,057 gradi quadrati. Il laser aveva una massa di 1250 g, il ricevitore era alloggiato nella fotocamera HIRES da 1120 g. Il tempo di percorrenza di un impulso dava la distanza dalla superficie. La memoria del LIDAR poteva salvare fino a sei rilevazioni di ritorno per ogni sparo del laser, con una soglia impostata per il miglior compromesso tra mancate rilevazioni e falsi allarmi. I ritorni sono stati memorizzati in intervalli di 39,972 m, pari alla risoluzione del contatore di clock a 14 bit. Il LIDAR ha una portata nominale di 500 km, ma i dati altimetrici sono stati raccolti per altitudini fino a 640 km, il che ha permesso una copertura da 60 gradi sud a 60 gradi nord entro la fine della fase lunare della missione. La risoluzione verticale è di 40 m, e la risoluzione orizzontale del punto è di circa 100 m. La spaziatura trasversale delle misure all’equatore era di circa 40 km. Una misurazione è stata fatta ogni secondo per un periodo di 45 minuti durante ogni orbita, dando una spaziatura lungo la traccia di 1-2 km.

Telecamera ad alta risoluzione (HIRES)Edit

La Clementine High-Resolution Camera consisteva in un telescopio con un intensificatore di immagine e un imager CCD a trasferimento di quadro. Il sistema di imaging è stato progettato per studiare porzioni selezionate delle superfici della Luna e dell’asteroide vicino alla Terra 1620 Geographos, anche se il rendez-vous con l’asteroide è stato annullato a causa di un malfunzionamento. Questo esperimento ha permesso lo studio dettagliato dei processi superficiali sulla Luna e, combinato con i dati spettrali, ha permesso studi compositivi e geologici ad alta risoluzione.

L’imager era una camera CCD Thompson intensificata con una ruota di filtri a sei posizioni. Il set di filtri consisteva in un filtro a banda larga con un passa banda da 400 a 800 nm, quattro filtri a banda stretta con lunghezze d’onda centrali (e larghezza del passa banda (FWHM)) di 415 nm (40 nm), 560 nm (10 nm), 650 nm (10 nm), e 750 nm (20 nm), e 1 coperchio opaco per proteggere l’intensificatore di immagini. Il campo visivo era di 0,3 x 0,4 gradi, che si traduce in una larghezza di circa 2 km ad un’altitudine lunare nominale di 400 km. L’array di immagini è di 288 × 384 pixel, (dimensione dei pixel di 23 × 23 micrometri) quindi la risoluzione dei pixel sulla Luna era di 7-20 m a seconda dell’altitudine del veicolo spaziale. (A Geographos la risoluzione sarebbe stata di <5 m al massimo avvicinamento.) L’apertura netta era di 131 mm e la lunghezza focale di 1250 mm. La velocità nominale di imaging era di circa 10 fotogrammi al secondo in singoli burst di immagini che coprivano tutti i filtri della Luna. L’alta risoluzione e il piccolo campo visivo permettevano solo la copertura di aree selezionate della Luna, sotto forma di strisce lunghe e strette di un singolo colore o di strisce più corte fino a quattro colori. Lo strumento ha un rapporto segnale/rumore da 13 a 41 a seconda dell’albedo e dell’angolo di fase, con una calibrazione relativa dell’1% e una calibrazione assoluta del 20%, e una gamma dinamica di 2000.

Il telescopio della High-Resolution Camera era condiviso dallo strumento LIDAR. Il ritorno del laser a 1064 nm è stato diviso al ricevitore LIDAR (un rivelatore a fotodiodi a valanga) utilizzando un filtro dicroico.

Le immagini dell’HIRES possono essere visualizzate nel software NASA World Wind.