Clementine (avaruusalus)

Charged Particle Telescope (CPT)Edit

Clementine-avaruusaluksen Charged Particle Telescope (CPT) suunniteltiin mittaamaan energeettisten protonien (3-80 MeV) ja elektronien (25-500 keV) virtaa ja spektriä. Tutkimuksen ensisijaiset tavoitteet olivat seuraavat: (1) tutkia Maan magneettipyrstön ja planeettojen välisten iskujen vuorovaikutusta Kuun kanssa; (2) seurata aurinkotuulta alueilta, jotka ovat kaukana muista avaruusaluksista, osana koordinoitua multimission-tutkimusta; ja (3) mitata törmäävien hiukkasten vaikutuksia avaruusaluksen aurinkokennojen ja muiden antureiden toimintakykyyn.

Instrumentin massalle asetettujen tiukkojen rajoitusten (<1 kg) noudattamiseksi se toteutettiin yksittäisen elementin teleskooppina. Teleskoopissa oli 10 asteen puolikulmainen näkökenttä. Detektori, joka oli piipinta-estetyyppinen, pinta-alaltaan 100 mm2 ja paksuudeltaan 3 mm, oli suojattu siten, että alle 30 MeV:n protonit eivät päässeet siihen muista suunnista kuin aukon kautta. Aukko peitettiin hyvin ohuella kalvolla, jotta valo ei osuisi detektoriin ja aiheuttaisi kohinaa. Detektorin signaali jaettiin yhdeksään kanavaan, joista kuusi alimmaista oli tarkoitettu elektronien havaitsemiseen ja kolme ylimpää protonien ja raskaampien ionien havaitsemiseen.

Ultravioletti/Visible-kameraEdit

Reiner Gamma Lunar Swirls at 750 nm, as recorded by the Clementine mission

Ultravioletti/Visible-kamera (Ultraviolet/Visible camera, UV/Vis) suunniteltiin tutkimaan Kuun ja asteroidi Geographosin pintoja viidellä erilaisella ultravioletti- ja näkyvässä spektrissä olevalla aallonpituudella. Geographos-tapaaminen peruttiin laitevian vuoksi. Kokeesta saatiin tietoa Kuun pintamateriaalin petrologisista ominaisuuksista sekä kuvia, joista oli hyötyä morfologisissa tutkimuksissa ja kraatteritilastoissa. Suurin osa kuvista otettiin matalilla Auringon kulmilla, mikä on hyödyllistä petrologisissa tutkimuksissa, mutta ei morfologian havainnoinnissa.

Sensori koostui katadioptrisesta teleskoopista, jonka aukko oli 46 mm ja sulatetusta piidioksidista tehdyistä linsseistä, jotka oli tarkennettu päällystettyyn Thompsonin CCD-kameraan, jossa oli kaistanpäästöalue 250-1000 nm ja kuuden asentoon säädettävä suodatinpyörä. Aallonpituusvaste rajoittui lyhyellä aallonpituudella linssin läpäisykykyyn ja optiseen epätarkkuuteen ja pitkällä aallonpituudella CCD:n vasteeseen. CCD oli kuvansiirtolaite, joka salli kolme vahvistustilaa (150, 350 ja 1000 elektronia/bit). Integrointiajat vaihtelivat 1-40 ms vahvistustilasta, auringon valaistuskulmasta ja suodattimesta riippuen. Suodattimen keskiaallonpituudet (ja kaistanleveydet (FWHM)) olivat 415 nm (40 nm), 750 nm (10 nm), 900 nm (30 nm), 950 nm (30 nm), 1000 nm (30 nm) ja 400-950 nm kattava laajakaistasuodatin. Näkökenttä oli 4,2 × 5,6 astetta, mikä tarkoittaa noin 40 km:n poikittaisleveyttä 400 km:n nimelliskorkeudella Kuusta. Kuvasarja oli 288 × 384 pikseliä. Pikselin resoluutio vaihteli 100-325 metrin välillä yhden kuun kiertoradan kartoitusajon aikana. Geographosissa pikselin resoluutio olisi ollut 25 m 100 km:n lähimmällä lähestymiskulmalla, jolloin kuvan koko olisi ollut noin 7 × 10 km. Kamera otti kaksitoista kuvaa jokaisessa 1,3 sekunnin mittaisessa kuvapurkauksessa, joita otettiin 125 kertaa 80 minuutin mittaisen kartoitusjakson aikana kunkin viiden tunnin Kuun kiertoradan aikana. kuun pinta peittyi kokonaan tehtävän kahden kuukauden mittaisen Kuun kartoitusvaiheen aikana. Dynaaminen alue oli 15 000. Signaali-kohinasuhde vaihteli 25-87 välillä pinnan albedosta ja vaihekulmasta riippuen, suhteellinen kalibrointi oli 1 % ja absoluuttinen kalibrointi 15 %.

Lähi-infrapuna CCD-kamera (NIR)Edit

Clementinen lähi-infrapuna-kamera (NIR) suunniteltiin tutkimaan Kuun ja maanläheisen asteroidin 1620 Geographos pintoja kuudella eri aallonpituudella lähi-infrapunaspektrissä. Tällä kokeella saatiin tietoa Kuun pintamateriaalin petrologiasta. Kohtaaminen Geographosin kanssa peruttiin laitevian vuoksi.

Kamera koostui katadioptrisesta linssistä, joka tarkensi mekaanisesti jäähdytettyyn (70 K:n lämpötilaan) Amber InSb CCD-fokaalitasojoukkoon, jonka kaistanpäästö oli 1100-2800 nm ja jossa oli kuusiasentoinen suodatinpyörä. Suodattimen keskiaallonpituudet (ja kaistanleveydet (FWHM)) olivat: 1100 nm (60 nm), 1250 nm (60 nm), 1500 nm (60 nm), 2000 nm (60 nm), 2600 nm (60 nm) ja 2780 nm (120 nm). Aukko oli 29 mm ja polttoväli 96 mm. Näkökenttä oli 5,6 × 5,6 astetta, jolloin poikkiradan leveys oli noin 40 km Kuun nimelliskorkeudella 400 km. Kuu oli täysin kartoitettu tehtävän kahden kuukauden mittaisen kuuvaiheen aikana. Kuvasarja on kooltaan 256 × 256 pikseliä, ja pikselin resoluutio vaihteli 150-500 metrin välillä yhden Kuun kiertoradan kartoitusajon aikana. (Geographosissa pikselin resoluutio olisi ollut 40 metriä lähimmillään, jolloin kuvan koko olisi ollut noin 10 × 10 km.) Kamera otti kaksitoista kuvaa jokaisessa 1,3 sekunnin mittaisessa kuvapurkauksessa, joita otettiin 75 kertaa 80 minuutin kartoitusjakson aikana kunkin viiden tunnin Kuun kiertoradan aikana. Dynaaminen alue oli 15 000. Signaali-kohinasuhde vaihteli 11-97 välillä pinnan albedosta ja vaihekulmasta riippuen, ja suhteellinen kalibrointi oli 1 % ja absoluuttinen kalibrointi 30 %. Vahvistus vaihteli 0,5X:stä 36X:ään.

Laser Image Detection and Ranging (LIDAR) SystemEdit

LIDAR:lla tehdyt reliefimittaukset

Clementine-laserkuvantunnistus- ja etäisyysmittauskokeilu Clementine Laser Image Detection And Ranging -kokeilu suunniteltiin siten, että sen avulla voitiin mitata etäisyys avaruusalukselta johonkin pisteeseen Kuun pinnalla. Näin voidaan tehdä korkeuskartta, jota voidaan käyttää suurten altaiden ja muiden Kuun piirteiden morfologian rajoittamiseen, litosfäärin jännitys- ja taivutusominaisuuksien tutkimiseen, ja se voidaan yhdistää painovoimaan kuoren tiheysjakauman tutkimiseksi. Koe suunniteltiin myös mittaamaan etäisyyksiä Geographosin pinnasta, mutta tämä tehtävän vaihe peruttiin toimintahäiriön vuoksi.

LIDAR-järjestelmä koostui 180 mJ:n, 1064 nm:n aallonpituuden Nd-YAG-laserlähettimestä (Yttrium-Alumiini-Garnet), joka lähetti pulsseja Kuun pinnalle. Laser tuotti pulssin, jonka leveys oli alle 10 ns. 1064 nm:n aallonpituudella pulssin energia oli 171 mJ ja divergenssi alle 500 mikroradia. Aallonpituudella 532 nm sen pulssi oli 9 mJ ja sen divergenssi oli 4 milliradia. Heijastunut pulssi kulki korkean resoluution kameran teleskoopin läpi, jossa se jaettiin dikroottisella suodattimella pii-valvaanifotodiodi-ilmaisimelle. Ilmaisin oli yksi 0,5 × 0,5 mm:n kokoinen SiAPD-vastaanotin, jonka näkökenttä oli 0,057 neliöastetta. Laserin massa oli 1250 g, vastaanotin oli sijoitettu 1120 g painavaan HIRES-kameraan. Pulssin kulkuaika antoi etäisyyden pintaan. LIDAR-muisti pystyi tallentamaan enintään kuusi paluuhavaintoa laserlaukausta kohti, ja kynnysarvo asetettiin siten, että se oli paras kompromissi ohi menneiden havaintojen ja väärien hälytysten välillä. Palautukset tallennettiin 39,972 metrin etäisyysalueisiin, mikä vastaa 14-bittisen kellolaskurin resoluutiota. LIDARin nimellinen kantama on 500 kilometriä, mutta korkeusmittaustietoja kerättiin 640 kilometrin korkeuteen asti, mikä mahdollisti kattavuuden 60 asteen etäisyydeltä etelästä 60 asteen etäisyydelle pohjoiseen tehtävän kuuvaiheen loppuun mennessä. Pystysuora erottelukyky on 40 m ja vaakasuora pistekohtainen erottelukyky on noin 100 m. Mittausten poikkileikkausväli päiväntasaajalla oli noin 40 km. Jokaisella kiertoradalla tehtiin yksi mittaus joka sekunti 45 minuutin ajanjakson aikana, jolloin radan pituussuuntainen mittausväli oli 1-2 km.

Korkean resoluution kamera (HIRES)Edit

Clementinen korkean resoluution kamera koostui kuvanvahvistimella varustetusta teleskoopista ja kehyssiirto-CCD-kuvaajasta. Kuvantamisjärjestelmä oli suunniteltu tutkimaan valittuja osia Kuun ja maanläheisen asteroidin 1620 Geographos pinnoista, vaikka asteroidin kohtaaminen peruttiin toimintahäiriön vuoksi. Tämä koe mahdollisti Kuun pintaprosessien yksityiskohtaisen tutkimisen, ja yhdistettynä spektritietoihin se mahdollisti korkearesoluutioiset koostumus- ja geologiset tutkimukset.

Kuvantamislaite oli tehostettu Thompsonin CCD-kamera, jossa oli kuuden asennon suodatinpyörä. Suodatinsarja koostui laajakaistasuodattimesta, jonka kaistanleveys oli 400-800 nm, neljästä kapeakaistasuodattimesta, joiden keskiaallonpituudet (ja kaistanleveyden (FWHM)) olivat 415 nm (40 nm), 560 nm (10 nm), 650 nm (10 nm) ja 750 nm (20 nm), sekä yhdestä läpinäkymättömästä suojasta kuvanvahvistimen suojaamiseksi. Näkökenttä oli 0,3 x 0,4 astetta, mikä vastaa noin 2 kilometrin leveyttä 400 kilometrin nimelliskorkeudella Kuusta. Kuvasarja on 288 × 384 pikseliä (pikselikoko 23 × 23 mikrometriä), joten pikselin erottelukyky kuussa oli 7-20 metriä riippuen avaruusaluksen korkeudesta. (Geographosissa resoluutio olisi ollut <5 m lähimmillään.) Kirkas aukko oli 131 mm ja polttoväli 1250 mm. Nimellinen kuvausnopeus oli noin 10 kuvaa sekunnissa yksittäisinä kuvapätkinä, jotka kattoivat kaikki kuun suodattimet. Korkea resoluutio ja pieni näkökenttä mahdollistivat vain valittujen Kuun alueiden kuvaamisen joko pitkinä, kapeina yksivärisinä kaistaleina tai lyhyempinä, jopa nelivärisinä kaistaleina. Instrumentin signaali-kohinasuhde on 13-41 riippuen albedosta ja vaihekulmasta, sen suhteellinen kalibrointi on 1 % ja absoluuttinen kalibrointi 20 %, ja dynaaminen alue on 2000.

Korkearesoluutiokameran teleskooppi oli yhteinen LIDAR-instrumentin kanssa. 1064 nm:n laserpaluu jaettiin LIDAR-vastaanottimelle (lumivyöryfotodiodi-ilmaisin) dikroottisen suodattimen avulla.

HIRESin kuvia voidaan tarkastella NASA World Wind -ohjelmistossa.