Clementine (sonda)

Dalekohled nabitých částic (CPT)Edit

Dalekohled nabitých částic (CPT) na sondě Clementine byl navržen k měření toku a spekter energetických protonů (3-80 MeV) a elektronů (25-500 keV). Hlavním cílem výzkumu bylo: (1) studovat interakci zemského magnetotailu a meziplanetárních rázů s Měsícem; (2) sledovat sluneční vítr v oblastech vzdálených od ostatních kosmických sond v rámci koordinované studie s více sondami; a (3) měřit vliv dopadajících částic na provozní schopnosti slunečních článků a dalších senzorů kosmické sondy.

V zájmu dodržení přísného limitu hmotnosti přístroje (<1 kg) byl realizován jako jednoprvkový dalekohled. Dalekohled měl zorné pole o poloměru 10 stupňů. Detektor, křemíkový povrchově bariérový typ o ploše 100 mm2 a tloušťce 3 mm, byl stíněný tak, aby k němu protony pod 30 MeV nedosahovaly z jiných směrů než přes aperturu. Apertura byla zakryta velmi tenkou fólií, aby se zabránilo dopadu světla na detektor a vzniku šumu. Signál z detektoru byl rozdělen do devíti kanálů, z nichž šest nejnižších bylo určeno pro detekci elektronů a tři nejvyšší pro protony a těžší ionty.

Ultrafialová/viditelná kameraEdit

Reinerovy gama měsíční víry při vlnové délce 750 nm, jak je zaznamenala mise Clementine

Ultrafialová/viditelná kamera (UV/Vis) byla určena ke studiu povrchu Měsíce a planetky Geographos v pěti různých vlnových délkách ultrafialového a viditelného spektra. Setkání s Geographosem bylo zrušeno kvůli poruše zařízení. Tento experiment přinesl informace o petrologických vlastnostech povrchového materiálu na Měsíci a také snímky užitečné pro morfologické studie a statistiku kráterů. Většina snímků byla pořízena při nízkých úhlech dopadu Slunce, což je užitečné pro petrologické studie, ale ne pro pozorování morfologie.

Snímač se skládal z katadioptrického dalekohledu s aperturou 46 mm a čočkami z taveného křemene zaměřenými na potaženou CCD kameru Thompson s pásmovou propustí 250-1000 nm a šestipolohovým filtračním kolečkem. Vlnová odezva byla na krátkém konci vlnové délky omezena propustností a optickou neostrostí objektivu a na dlouhém konci odezvou CCD. CCD bylo zařízení s přenosem snímků, které umožňovalo tři stavy zesílení (150, 350 a 1000 elektronů/bit). Integrační časy se pohybovaly od 1 do 40 ms v závislosti na stavu zesílení, úhlu slunečního osvětlení a filtru. Střední vlnové délky filtrů (a šířky pásma (FWHM)) byly 415 nm (40 nm), 750 nm (10 nm), 900 nm (30 nm), 950 nm (30 nm), 1000 nm (30 nm) a širokopásmový filtr pokrývající 400-950 nm. Zorné pole mělo rozměry 4,2 × 5,6 stupně, což při nominální výšce Měsíce 400 km znamená šířku příčné dráhy přibližně 40 km. Obrazové pole mělo rozměry 288 × 384 pixelů. Rozlišení pixelů se během mapování na jedné oběžné dráze Měsíce pohybovalo v rozmezí 100-325 m. U Geografu by rozlišení pixelů při nejbližším přiblížení na 100 km činilo 25 m, což by znamenalo velikost snímku přibližně 7 × 10 km. Kamera pořídila dvanáct snímků v každém 1,3sekundovém snímkovém záběru, k němuž došlo 125krát během 80minutového mapování během každého pětihodinového oběhu Měsíce. povrch Měsíce byl během dvouměsíční mapovací fáze mise zcela pokryt. Dynamický rozsah byl 15 000. Odstup signálu od šumu se pohyboval v rozmezí 25-87 v závislosti na albedu povrchu a fázovém úhlu, přičemž relativní kalibrace činila 1 % a absolutní kalibrace 15 %.

Blízká infračervená CCD kamera (NIR)Edit

Blízká infračervená kamera Clementine (NIR) byla určena ke studiu povrchu Měsíce a blízkozemního asteroidu 1620 Geographos v šesti různých vlnových délkách v blízké infračervené oblasti spektra. Tento experiment přinesl informace o petrologii povrchového materiálu na Měsíci. Setkání s Geographosem bylo zrušeno kvůli poruše zařízení.

Kamera se skládala z katadioptrického objektivu, který zaostřoval na mechanicky chlazené (na teplotu 70 K) ohniskové pole CCD Amber InSb s pásmovou propustí 1100-2800 nm a šestipolohovým filtračním kolečkem. Střední vlnové délky filtrů (a šířky pásmových propustí (FWHM)) byly: 1100 nm (60 nm), 1250 nm (60 nm), 1500 nm (60 nm), 2000 nm (60 nm), 2600 nm (60 nm) a 2780 nm (120 nm). Apertura byla 29 mm s ohniskovou vzdáleností 96 mm. Zorné pole mělo rozměry 5,6 × 5,6 stupně, což při nominální výšce Měsíce 400 km dávalo šířku příčné dráhy přibližně 40 km. Měsíc měl během dvouměsíční lunární fáze mise kompletní mapovací pokrytí. Obrazové pole má rozměry 256 × 256 pixelů a rozlišení pixelů se během mapování na jedné oběžné dráze Měsíce pohybovalo v rozmezí 150-500 m. (U Geografu by rozlišení pixelů při nejtěsnějším přiblížení bylo 40 m, což by znamenalo velikost snímku přibližně 10 × 10 km.) Kamera pořídila dvanáct snímků v každé 1,3sekundové sérii snímků, k níž došlo 75krát během 80minutového mapování během každého pětihodinového oběhu Měsíce. Dynamický rozsah byl 15 000. Odstup signálu od šumu se pohyboval v rozmezí 11-97 v závislosti na albedu povrchu a fázovém úhlu, přičemž relativní kalibrace činila 1 % a absolutní kalibrace 30 %. Zesílení se pohybovalo od 0,5x do 36x.

Systém laserové detekce obrazu a měření vzdálenosti (LIDAR)

Měření reliéfu pomocí LIDARu

Experiment Clementine Laser Image Detection And Ranging (LIDAR) byl určen k měření vzdálenosti od sondy k bodu na povrchu Měsíce. To umožní vytvořit výškovou mapu, která může být použita k omezení morfologie velkých pánví a dalších měsíčních útvarů, ke studiu napětí a deformace a ohybových vlastností litosféry a může být kombinována s gravitací ke studiu rozložení hustoty v kůře. Experiment byl rovněž určen k měření vzdáleností od povrchu Geografu, ale tato fáze mise byla zrušena kvůli poruše.

Systém LIDAR se skládal z laserového vysílače Nd-YAG (Yttrium-Aluminum-Garnet) s vlnovou délkou 180 mJ a vlnovou délkou 1064 nm, který vysílal impulsy na měsíční povrch. Laser vytvářel impulsy o šířce menší než 10 ns. Při vlnové délce 1064 nm měl puls energii 171 mJ s divergencí menší než 500 mikrorad. Při vlnové délce 532 nm měl puls energii 9 mJ s divergencí 4 milirady. Odražený puls prošel teleskopem kamery s vysokým rozlišením, kde byl rozdělen dichroickým filtrem na křemíkový lavinový fotodiodový detektor. Detektor představoval přijímač SiAPD s jednou buňkou o rozměrech 0,5 × 0,5 mm a zorným polem 0,057 čtverečního stupně. Laser měl hmotnost 1250 g, přijímač byl umístěn v kameře HIRES o hmotnosti 1120 g. Doba dráhy impulsu udávala vzdálenost k povrchu. Paměť LIDARu mohla uložit až šest zpětných detekcí na jeden výstřel laseru s prahem nastaveným pro nejlepší kompromis mezi chybnými detekcemi a falešnými poplachy. Návraty se ukládaly v intervalech 39,972 m, což odpovídalo rozlišení 14bitového hodinového čítače. LIDAR má nominální dosah 500 km, ale výšková data byla shromažďována pro výšky až 640 km, což umožnilo pokrytí od 60 stupňů jižní šířky po 60 stupňů severní šířky do konce lunární fáze mise. Vertikální rozlišení je 40 m a horizontální bodové rozlišení je přibližně 100 m. Rozteč měření napříč dráhou na rovníku byla přibližně 40 km. Během každé oběžné dráhy bylo každou sekundu provedeno jedno měření po dobu 45 minut, což dává podélný rozestup drah 1-2 km.

Kamera s vysokým rozlišením (HIRES)Edit

Kamera Clementine s vysokým rozlišením se skládala z dalekohledu se zesilovačem obrazu a CCD zobrazovače s přenosem snímků. Zobrazovací systém byl určen ke studiu vybraných částí povrchu Měsíce a blízkozemního asteroidu 1620 Geographos, i když setkání s asteroidem bylo zrušeno kvůli poruše. Tento experiment umožnil detailní studium povrchových procesů na Měsíci a v kombinaci se spektrálními daty umožnil kompoziční a geologické studie s vysokým rozlišením.

Snímací zařízení byla zesílená Thompsonova CCD kamera s šestipolohovým filtračním kolečkem. Sada filtrů se skládala ze širokopásmového filtru s pásmovou propustí 400 až 800 nm, čtyř úzkopásmových filtrů se středními vlnovými délkami (a šířkou pásmové propusti (FWHM)) 415 nm (40 nm), 560 nm (10 nm), 650 nm (10 nm) a 750 nm (20 nm) a 1 neprůhledného krytu pro ochranu zesilovače obrazu. Zorné pole mělo rozměry 0,3 x 0,4 stupně, což při nominální měsíční výšce 400 km znamená šířku přibližně 2 km. Obrazové pole má 288 × 384 pixelů (velikost pixelu 23 × 23 mikrometrů), takže rozlišení pixelů na Měsíci bylo 7-20 m v závislosti na výšce sondy. (Na Geografu by rozlišení při nejtěsnějším přiblížení bylo <5 m.) Světlá apertura byla 131 mm a ohnisková vzdálenost 1250 mm. Jmenovitá rychlost snímání byla přibližně 10 snímků za sekundu v jednotlivých sériích snímků pokrývajících všechny filtry na Měsíci. Vysoké rozlišení a malé zorné pole umožňovalo pokrýt pouze vybrané oblasti Měsíce, a to buď formou dlouhých úzkých pásů jedné barvy, nebo kratších pásů až čtyř barev. Přístroj má poměr signálu k šumu 13 až 41 v závislosti na albedu a fázovém úhlu, s relativní kalibrací 1 % a absolutní kalibrací 20 % a dynamickým rozsahem 2000.

Dalekohled kamery s vysokým rozlišením byl společný pro přístroj LIDAR. Návrat laseru o vlnové délce 1064 nm byl rozdělen na přijímač LIDAR (detektor s lavinovou fotodiodou) pomocí dichroického filtru.

Snímky z kamery HIRES lze prohlížet v softwaru NASA World Wind.