Clementine (engin spatial)

Télescope à particules chargées (CPT)Edit

Le télescope à particules chargées (CPT) sur Clementine a été conçu pour mesurer le flux et les spectres des protons (3-80 MeV) et des électrons (25-500 keV) énergétiques. Les principaux objectifs de l’enquête étaient de : (1) étudier l’interaction de la queue de magnéto de la Terre et des chocs interplanétaires avec la Lune ; (2) surveiller le vent solaire dans des régions très éloignées des autres engins spatiaux dans le cadre d’une étude coordonnée multimission ; et, (3) mesurer les effets des particules incidentes sur la capacité de fonctionnement des cellules solaires et autres capteurs de l’engin spatial.

Afin de respecter la limite stricte de la masse de l’instrument (<1 kg), il a été mis en œuvre comme un télescope à élément unique. Le télescope avait un champ de vision en demi-angle de 10 degrés. Le détecteur, de type silicium à barrière de surface, d’une surface de 100 mm2 et d’une épaisseur de 3 mm, était blindé de manière à empêcher les protons de moins de 30 MeV de l’atteindre autrement que par l’ouverture. L’ouverture a été recouverte d’une feuille très fine pour éviter que la lumière n’atteigne le détecteur et ne génère du bruit. Le signal du détecteur était décomposé en neuf canaux, les six plus bas étant dédiés à la détection des électrons et les trois plus hauts aux protons et aux ions plus lourds.

Caméra ultraviolet/visibleEdit

Les tourbillons lunaires Reiner Gamma à 750 nm, tels qu’enregistrés par la mission Clementine

La caméra ultraviolet/visible (UV/Vis) a été conçue pour étudier les surfaces de la Lune et de l’astéroïde Geographos à cinq longueurs d’onde différentes dans le spectre ultraviolet et visible. Le rendez-vous avec Geographos a été annulé en raison d’un dysfonctionnement de l’équipement. Cette expérience a permis d’obtenir des informations sur les propriétés pétrologiques des matériaux de surface de la Lune, ainsi que des images utiles pour les études morphologiques et les statistiques de cratérisation. La plupart des images ont été prises à de faibles angles du Soleil, ce qui est utile pour les études pétrologiques mais pas pour l’observation de la morphologie.

Le capteur était constitué d’un télescope catadioptrique d’une ouverture de 46 mm et de lentilles en silice fondue focalisées sur une caméra CCD Thompson revêtue avec une bande passante de 250-1000 nm et une roue à filtres à six positions. La réponse en longueur d’onde était limitée à l’extrémité des courtes longueurs d’onde par la transmission et le flou optique de l’objectif, et à l’extrémité des longues longueurs d’onde par la réponse du CCD. Le CCD était un dispositif de transfert de trame qui permettait trois états de gain (150, 350 et 1000 électrons/bit). Les temps d’intégration variaient de 1 à 40 ms selon l’état de gain, l’angle d’illumination solaire et le filtre. Les longueurs d’onde centrales des filtres (et les largeurs de bande passante (FWHM)) étaient 415 nm (40 nm), 750 nm (10 nm), 900 nm (30 nm), 950 nm (30 nm), 1000 nm (30 nm), et un filtre à large bande couvrant 400-950 nm. Le champ de vision était de 4,2 × 5,6 degrés, ce qui correspond à une largeur transversale d’environ 40 km à une altitude lunaire nominale de 400 km. Le réseau d’images était de 288 × 384 pixels. La résolution des pixels variait de 100 à 325 m au cours d’une orbite unique de cartographie de la Lune. À Geographos, la résolution des pixels aurait été de 25 m à l’approche la plus proche de 100 km, ce qui donne une image d’environ 7 × 10 km. La caméra a pris douze images par rafale de 1,3 s, ce qui s’est produit 125 fois pendant les 80 minutes de cartographie de chaque orbite lunaire de cinq heures. La surface de la Lune a été entièrement couverte pendant les deux mois de la phase de cartographie lunaire de la mission. La gamme dynamique était de 15 000. Le rapport signal/bruit variait de 25 à 87 selon l’albédo de la surface et l’angle de phase, avec un étalonnage relatif de 1 % et un étalonnage absolu de 15 %.

Caméra CCD dans le proche infrarouge (NIR)Edit

La caméra Clementine dans le proche infrarouge (NIR) a été conçue pour étudier les surfaces de la Lune et de l’astéroïde géocroiseur 1620 Geographos à six longueurs d’onde différentes dans le spectre du proche infrarouge. Cette expérience a permis d’obtenir des informations sur la pétrologie des matériaux de surface de la Lune. Le rendez-vous avec Geographos a été annulé en raison d’un dysfonctionnement de l’équipement.

La caméra était composée d’une lentille catadioptrique qui faisait la mise au point sur une matrice CCD Amber InSb à plan focal refroidie mécaniquement (à une température de 70 K) avec une bande passante de 1100-2800 nm et une roue à filtres à six positions. Les longueurs d’onde centrales des filtres (et les largeurs de bande passante (FWHM)) étaient : 1100 nm (60 nm), 1250 nm (60 nm), 1500 nm (60 nm), 2000 nm (60 nm), 2600 nm (60 nm) et 2780 nm (120 nm). L’ouverture était de 29 mm avec une distance focale de 96 mm. Le champ de vision était de 5,6 × 5,6 degrés, ce qui donne une largeur transversale d’environ 40 km à une altitude lunaire nominale de 400 km. La Lune a bénéficié d’une couverture cartographique complète pendant les deux mois de la phase lunaire de la mission. Le réseau d’images est de 256 × 256 pixels, et la résolution des pixels a varié de 150 à 500 m au cours d’une seule orbite de cartographie de la Lune. (À Geographos, la résolution des pixels aurait été de 40 m à l’approche la plus proche, ce qui donne une image d’environ 10 × 10 km). La caméra a pris douze images par rafale de 1,3 s, ce qui s’est produit 75 fois pendant les 80 minutes de cartographie de chaque orbite lunaire de cinq heures. La plage dynamique était de 15 000. Le rapport signal/bruit variait de 11 à 97 selon l’albédo de la surface et l’angle de phase, avec un étalonnage relatif de 1 % et un étalonnage absolu de 30 %. Le gain variait de 0,5X à 36X.

Système de détection et de télémétrie par image laser (LIDAR)Edit

Mesures de relief effectuées par LIDAR

L’expérience LIDAR (Laser Image Detection And Ranging) de Clementine a été conçue pour mesurer la distance entre le vaisseau spatial et un point de la surface de la Lune. Cela permettra de réaliser une carte altimétrique qui pourra être utilisée pour contraindre la morphologie des grands bassins et d’autres caractéristiques lunaires, étudier les contraintes et déformations et les propriétés de flexion de la lithosphère, et pourra être combinée à la gravité pour étudier la distribution de la densité dans la croûte. L’expérience a également été conçue pour mesurer les distances à la surface de Geographos, mais cette phase de la mission a été annulée en raison d’un dysfonctionnement.

Le système LIDAR était composé d’un émetteur laser Nd-YAG (Yttrium-Aluminium-Garnet) de 180 mJ et de 1064 nm de longueur d’onde qui transmettait des impulsions à la surface lunaire. Le laser produisait une impulsion d’une largeur inférieure à 10 ns. À 1064 nm de longueur d’onde, l’impulsion avait une énergie de 171 mJ avec une divergence inférieure à 500 microrad. À 532 nm, l’impulsion avait une énergie de 9 mJ avec une divergence de 4 millirads. L’impulsion réfléchie a traversé le télescope de la caméra haute résolution, où elle a été séparée par un filtre dichroïque vers un détecteur à photodiode à avalanche en silicium. Le détecteur était un récepteur SiAPD à cellule unique de 0,5 × 0,5 mm avec un champ de vision de 0,057 degré carré. Le laser avait une masse de 1250 g, le récepteur était logé dans la caméra de 1120 g de HIRES. Le temps de parcours d’une impulsion donnait la distance à la surface. La mémoire du LIDAR pouvait enregistrer jusqu’à six détections de retour par tir laser, avec un seuil fixé pour le meilleur compromis entre les détections manquées et les fausses alarmes. Les retours étaient stockés dans des bins de 39,972 m de distance, soit une résolution égale à celle du compteur d’horloge de 14 bits. Le LIDAR a une portée nominale de 500 km, mais des données altimétriques ont été recueillies pour des altitudes allant jusqu’à 640 km, ce qui a permis une couverture de 60 degrés sud à 60 degrés nord à la fin de la phase lunaire de la mission. La résolution verticale est de 40 m, et la résolution horizontale du spot est d’environ 100 m. L’espacement transversal des mesures à l’équateur était d’environ 40 km. Une mesure a été effectuée chaque seconde pendant une période de 45 minutes au cours de chaque orbite, ce qui donne un espacement le long de la trace de 1 à 2 km.

Caméra à haute résolution (HIRES)Edit

La caméra à haute résolution Clementine était composée d’un télescope avec un intensificateur d’image et un imageur CCD à transfert de trame. Le système d’imagerie a été conçu pour étudier des portions sélectionnées des surfaces de la Lune et de l’astéroïde géocroiseur 1620 Geographos, bien que le rendez-vous avec l’astéroïde ait été annulé en raison d’un dysfonctionnement. Cette expérience a permis l’étude détaillée des processus de surface sur la Lune et, combinée aux données spectrales, a permis des études de composition et géologiques à haute résolution.

L’imageur était une caméra CCD Thompson intensifiée avec une roue à filtres à six positions. L’ensemble des filtres était composé d’un filtre à large bande avec une bande passante de 400 à 800 nm, de quatre filtres à bande étroite avec des longueurs d’onde centrales (et une largeur de bande passante (FWHM)) de 415 nm (40 nm), 560 nm (10 nm), 650 nm (10 nm) et 750 nm (20 nm), et d’un couvercle opaque pour protéger l’intensificateur d’image. Le champ de vision était de 0,3 x 0,4 degrés, ce qui correspond à une largeur d’environ 2 km à une altitude lunaire nominale de 400 km. Le réseau d’images est de 288 × 384 pixels (taille des pixels de 23 × 23 micromètres), de sorte que la résolution des pixels sur la Lune était de 7 à 20 m selon l’altitude du vaisseau spatial. (À Geographos, la résolution aurait été de <5 m à l’approche la plus proche.) L’ouverture nette était de 131 mm et la distance focale de 1250 mm. La vitesse nominale d’imagerie était d’environ 10 images par seconde en rafales d’images individuelles couvrant tous les filtres de la Lune. La haute résolution et le petit champ de vision n’ont permis de couvrir que certaines zones de la Lune, sous la forme de longues bandes étroites d’une seule couleur ou de bandes plus courtes jusqu’à quatre couleurs. L’instrument a un rapport signal/bruit de 13 à 41 selon l’albédo et l’angle de phase, avec une calibration relative de 1% et une calibration absolue de 20%, et une gamme dynamique de 2000.

Le télescope de la caméra haute résolution était partagé par l’instrument LIDAR. Le retour laser de 1064 nm a été divisé vers le récepteur LIDAR (un détecteur à photodiode à avalanche) en utilisant un filtre dichroïque.

Les images de HIRES peuvent être visualisées dans le logiciel World Wind de la NASA.