Clementine (nave espacial)

Telescopio de Partículas Cargadas (CPT)Edit

El Telescopio de Partículas Cargadas (CPT) en Clementine fue diseñado para medir el flujo y los espectros de protones energéticos (3-80 MeV) y electrones (25-500 keV). Los objetivos principales de la investigación eran: (1) estudiar la interacción de la magnetocola de la Tierra y los choques interplanetarios con la Luna; (2) monitorizar el viento solar en regiones alejadas de otras naves espaciales como parte de un estudio coordinado multimisión; y, (3) medir los efectos de las partículas incidentes en la capacidad de funcionamiento de las células solares de la nave y otros sensores.

Para cumplir con el estricto límite de masa del instrumento (<1 kg), se implementó como un telescopio de un solo elemento. El telescopio tenía un campo de visión de medio ángulo de 10 grados. El detector, un tipo de barrera superficial de silicio con un área de 100 mm2 y un grosor de 3 mm, estaba blindado para evitar que los protones por debajo de 30 MeV llegaran a él desde otras direcciones que no fueran la apertura. La apertura se cubrió con una lámina muy fina para evitar que la luz incidiera en el detector y generara ruido. La señal del detector se dividía en nueve canales, los seis más bajos dedicados a la detección de electrones y los tres más altos a protones e iones más pesados.

Cámara ultravioleta/visibleEditar

Los remolinos lunares Reiner Gamma a 750 nm, registrados por la misión Clementine

La cámara ultravioleta/visible (UV/Vis) fue diseñada para estudiar las superficies de la Luna y del asteroide Geographos en cinco longitudes de onda diferentes en el espectro ultravioleta y visible. El encuentro con Geographos se canceló debido a un mal funcionamiento del equipo. Este experimento proporcionó información sobre las propiedades petrológicas del material de la superficie de la Luna, además de ofrecer imágenes útiles para estudios morfológicos y estadísticas de cráteres. La mayoría de las imágenes se tomaron a ángulos bajos del Sol, lo que es útil para estudios petrológicos pero no para observar la morfología.

El sensor consistía en un telescopio catadióptrico con una apertura de 46 mm y lentes de sílice fundida enfocadas sobre una cámara CCD Thompson recubierta con un paso de banda de 250-1000 nm y una rueda de filtros de seis posiciones. La respuesta de la longitud de onda estaba limitada en el extremo de la longitud de onda corta por la transmisión y el desenfoque óptico de la lente, y en el extremo largo por la respuesta del CCD. El CCD era un dispositivo de transferencia de trama que permitía tres estados de ganancia (150, 350 y 1000 electrones/bit). Los tiempos de integración variaban de 1 a 40 ms dependiendo del estado de ganancia, el ángulo de iluminación solar y el filtro. Las longitudes de onda centrales de los filtros (y las anchuras de paso de banda (FWHM)) eran de 415 nm (40 nm), 750 nm (10 nm), 900 nm (30 nm), 950 nm (30 nm), 1000 nm (30 nm), y un filtro de banda ancha que cubría 400-950 nm. El campo de visión era de 4,2 × 5,6 grados, lo que se traduce en una anchura transversal de unos 40 km a una altitud lunar nominal de 400 km. La matriz de imágenes era de 288 × 384 píxeles. La resolución de los píxeles variaba de 100 a 325 m durante un recorrido cartográfico de una sola órbita en la Luna. En Geographos, la resolución de los píxeles habría sido de 25 m en la aproximación más cercana de 100 km, lo que daría un tamaño de imagen de unos 7 × 10 km. La cámara tomó doce imágenes en cada ráfaga de imágenes de 1,3 s, que se produjeron 125 veces a lo largo de los 80 minutos de cartografía durante cada órbita lunar de cinco horas. la superficie de la Luna se cubrió por completo durante los dos meses que duró la fase de cartografía lunar de la misión. El rango dinámico fue de 15.000. La relación señal/ruido varió de 25 a 87 en función del albedo de la superficie y del ángulo de fase, con una calibración relativa del 1% y una calibración absoluta del 15%.

Cámara CCD de infrarrojo cercano (NIR)Edit

La cámara Clementine de infrarrojo cercano (NIR) fue diseñada para estudiar las superficies de la Luna y del asteroide cercano a la Tierra 1620 Geographos en seis longitudes de onda diferentes en el espectro del infrarrojo cercano. Este experimento permitió obtener información sobre la petrología del material de la superficie de la Luna. El encuentro con Geographos se canceló debido a un mal funcionamiento del equipo.

La cámara consistía en una lente catadióptrica que enfocaba sobre un conjunto de planos focales CCD de InSb de color ámbar refrigerado mecánicamente (a una temperatura de 70 K) con un paso de banda de 1100-2800 nm y una rueda de filtros de seis posiciones. Las longitudes de onda centrales de los filtros (y las anchuras de paso de banda (FWHM)) fueron 1100 nm (60 nm), 1250 nm (60 nm), 1500 nm (60 nm), 2000 nm (60 nm), 2600 nm (60 nm) y 2780 nm (120 nm). La apertura era de 29 mm con una distancia focal de 96 mm. El campo de visión era de 5,6 × 5,6 grados, lo que daba una anchura transversal de unos 40 km a una altitud lunar nominal de 400 km. La Luna tuvo una cobertura cartográfica completa durante la fase lunar de dos meses de la misión. El conjunto de imágenes es de 256 × 256 píxeles, y la resolución de los píxeles varió de 150 a 500 m durante un recorrido cartográfico de una sola órbita en la Luna. (En Geographos la resolución de los píxeles habría sido de 40 m en la aproximación más cercana, dando un tamaño de imagen de unos 10 × 10 km). La cámara tomó doce imágenes en cada ráfaga de 1,3 s, que se produjeron 75 veces a lo largo de los 80 minutos de cartografía durante cada órbita lunar de cinco horas. El rango dinámico era de 15.000. La relación señal/ruido varió de 11 a 97 en función del albedo de la superficie y del ángulo de fase, con una calibración relativa del 1% y una calibración absoluta del 30%. La ganancia varió de 0,5X a 36X.

Sistema de detección y alcance de imágenes láser (LIDAR)Editar

Mediciones de relieve realizadas por LIDAR

El experimento Clementine de detección y alcance de imágenes láser (LIDAR) fue diseñado para medir la distancia desde la nave espacial a un punto de la superficie de la Luna. Esto permitirá realizar un mapa altimétrico que puede utilizarse para restringir la morfología de las grandes cuencas y otras características lunares, estudiar la tensión y la deformación y las propiedades de flexión de la litosfera, y puede combinarse con la gravedad para estudiar la distribución de la densidad en la corteza. El experimento también se diseñó para medir distancias a la superficie de Geographos, pero esta fase de la misión se canceló debido a una avería.

El sistema LIDAR consistía en un transmisor láser Nd-YAG (itrio-aluminio-granate) de 180 mJ y 1064 nm de longitud de onda que transmitía pulsos a la superficie lunar. El láser producía un pulso con una anchura inferior a 10 ns. A una longitud de onda de 1064 nm, el pulso tenía una energía de 171 mJ con una divergencia inferior a 500 microradios. A 532 nm, tenía un pulso de 9 mJ con una divergencia de 4 miliradios. El pulso reflejado viajó a través del telescopio de la Cámara de Alta Resolución, donde fue dividido por un filtro dicroico hasta un detector de fotodiodo de avalancha de silicio. El detector era un receptor SiAPD de célula única de 0,5 × 0,5 mm con un campo de visión de 0,057 grados cuadrados. El láser tenía una masa de 1250 g, el receptor estaba alojado en la cámara HIRES de 1120 g. El tiempo de recorrido de un pulso daba la distancia a la superficie. La memoria del LIDAR podía guardar hasta seis detecciones de retorno por cada disparo del láser, con un umbral establecido para el mejor compromiso entre las detecciones fallidas y las falsas alarmas. Los retornos se almacenaban en bines de alcance de 39,972 m, igual a la resolución del contador de reloj de 14 bits. El LIDAR tiene un alcance nominal de 500 km, pero se recogieron datos altimétricos para altitudes de hasta 640 km, lo que permitió una cobertura de 60 grados sur a 60 grados norte al final de la fase lunar de la misión. La resolución vertical es de 40 m y la horizontal de unos 100 m. El espaciado transversal de las mediciones en el ecuador fue de unos 40 km. Se realizó una medición cada segundo durante un periodo de 45 minutos en cada órbita, lo que supone un espaciado a lo largo de la trayectoria de 1-2 km.

Cámara de alta resolución (HIRES)Edit

La Cámara de alta resolución Clementine estaba formada por un telescopio con un intensificador de imagen y un generador de imágenes CCD de transferencia de fotogramas. El sistema de imágenes fue diseñado para estudiar porciones seleccionadas de las superficies de la Luna y del asteroide cercano a la Tierra 1620 Geographos, aunque la cita con el asteroide fue cancelada debido a un mal funcionamiento. Este experimento permitió el estudio detallado de los procesos superficiales en la Luna y, combinado con los datos espectrales, permitió realizar estudios composicionales y geológicos de alta resolución.

El generador de imágenes era una cámara CCD Thompson intensificada con una rueda de filtros de seis posiciones. El conjunto de filtros consistía en un filtro de banda ancha con un paso de banda de 400 a 800 nm, cuatro filtros de banda estrecha con longitudes de onda centrales (y ancho de paso de banda (FWHM)) de 415 nm (40 nm), 560 nm (10 nm), 650 nm (10 nm) y 750 nm (20 nm), y una cubierta opaca para proteger el intensificador de imágenes. El campo de visión era de 0,3 x 0,4 grados, lo que se traduce en una anchura de unos 2 km a una altitud lunar nominal de 400 km. El conjunto de imágenes es de 288 × 384 píxeles, (tamaño de píxel de 23 × 23 micrómetros) por lo que la resolución de píxeles en la Luna era de 7 a 20 m dependiendo de la altitud de la nave. (En Geographos la resolución habría sido de <5 m en la aproximación más cercana.) La apertura clara era de 131 mm y la distancia focal de 1250 mm. La velocidad nominal de las imágenes era de unos 10 fotogramas por segundo en ráfagas de imágenes individuales que cubrían todos los filtros de la Luna. La alta resolución y el pequeño campo de visión sólo permitían cubrir zonas seleccionadas de la Luna, en forma de tiras largas y estrechas de un solo color o tiras más cortas de hasta cuatro colores. El instrumento tiene una relación señal/ruido de 13 a 41 dependiendo del albedo y del ángulo de fase, con una calibración relativa del 1% y una absoluta del 20%, y un rango dinámico de 2000.

El telescopio de la Cámara de Alta Resolución fue compartido por el instrumento LIDAR. El retorno del láser de 1064 nm se dividió en el receptor LIDAR (un detector de fotodiodo de avalancha) utilizando un filtro dicroico.

Las imágenes del HIRES se pueden ver en el software World Wind de la NASA.