Clementine (ruimtevaartuig)

Charged Particle Telescope (CPT)Edit

De Charged Particle Telescope (CPT) op Clementine werd ontworpen om de flux en spectra van energetische protonen (3-80 MeV) en elektronen (25-500 keV) te meten. De belangrijkste doelstellingen van het onderzoek waren (1) het bestuderen van de interactie van de magnetotail van de Aarde en interplanetaire schokken met de Maan; (2) het monitoren van de zonnewind in regio’s ver verwijderd van andere ruimtevaartuigen als onderdeel van een multimissie gecoördineerde studie; en, (3) het meten van de effecten van invallende deeltjes op het werkingsvermogen van de zonnecellen van het ruimtevaartuig en andere sensoren.

Om te voldoen aan de strenge limiet op de massa van het instrument (<1 kg), werd het geïmplementeerd als een enkel element telescoop. De telescoop had een gezichtsveld van 10 graden onder een halve hoek. De detector, een oppervlaktebarrièretype van silicium met een oppervlak van 100 mm2 en een dikte van 3 mm, was afgeschermd om te voorkomen dat protonen van minder dan 30 MeV hem zouden bereiken uit andere richtingen dan via de apertuur. Het diafragma werd bedekt met een zeer dunne folie om te voorkomen dat licht op de detector viel en ruis veroorzaakte. Het signaal van de detector werd verdeeld over negen kanalen, waarvan de laagste zes voor de detectie van elektronen waren bestemd en de hoogste drie voor protonen en zwaardere ionen.

Ultraviolet/Zichtbare cameraEdit

De Reiner Gamma Maanschermen bij 750 nm, zoals opgenomen door de Clementine-missie

De Ultraviolet/Zichtbare camera (UV/Vis) werd ontworpen om de oppervlakken van de Maan en de asteroïde Geographos te bestuderen bij vijf verschillende golflengten in het ultraviolette en zichtbare spectrum. Het rendez-vous met de Geographos werd geannuleerd wegens een defect aan de apparatuur. Dit experiment leverde informatie op over de petrologische eigenschappen van het oppervlaktemateriaal op de maan, en leverde beelden op die nuttig waren voor morfologische studies en statistieken van crateringen. De meeste beelden werden gemaakt bij lage zonshoeken, wat nuttig is voor petrologische studies maar niet voor het waarnemen van morfologie.

De sensor bestond uit een catadioptrische telescoop met een opening van 46 mm en gesmolten siliciumdioxide lenzen gericht op een gecoate Thompson CCD camera met een bandpass van 250-1000 nm en een zes-positie filterwiel. De golflengte-respons werd aan de korte kant beperkt door de transmissie en de optische onscherpte van de lens, en aan de lange kant door de CCD-respons. De CCD was een frame-transfer-apparaat dat drie versterkingstoestanden toeliet (150, 350 en 1000 elektronen/bit). De integratietijden varieerden van 1-40 ms, afhankelijk van de versterkingstoestand, de belichtingshoek van de zon en het filter. De centrale golflengten van het filter (en de bandbreedte (FWHM)) waren 415 nm (40 nm), 750 nm (10 nm), 900 nm (30 nm), 950 nm (30 nm), 1000 nm (30 nm), en een breedbandfilter van 400-950 nm. Het gezichtsveld was 4,2 × 5,6 graden, wat neerkomt op een spoorbreedte van ongeveer 40 km op een nominale hoogte van 400 km op de maan. Het beeldformaat was 288 × 384 pixels. De pixelresolutie varieerde van 100-325 m tijdens een enkele karteringsrun op de maan. Bij Geographos zou de pixelresolutie 25 m zijn geweest bij de 100 km nadering, wat een beeldgrootte geeft van ongeveer 7 × 10 km. De camera maakte twaalf beelden in elke burst van 1,3 s, die 125 keer voorkwamen tijdens de karteringsperiode van 80 minuten tijdens elke maanbaan van vijf uur. het maanoppervlak werd volledig bedekt tijdens de twee maanden durende maankarteringsfase van de missie. Het dynamisch bereik was 15.000. De signaal-ruisverhouding varieerde van 25-87, afhankelijk van het albedo van het oppervlak en de fasehoek, met een relatieve kalibratie van 1% en een absolute kalibratie van 15%.

Near-Infrared CCD Camera (NIR)Edit

De Clementine Near-Infrared camera (NIR) was ontworpen om de oppervlakken van de Maan en de bijna-aarde asteroïde 1620 Geographos te bestuderen op zes verschillende golflengten in het nabij-infraroodspectrum. Dit experiment leverde informatie op over de petrologie van het oppervlaktemateriaal op de maan. Het rendez-vous met Geographos werd geannuleerd wegens defecte apparatuur.

De camera bestond uit een catadioptrische lens die zich richtte op een mechanisch gekoelde (tot een temperatuur van 70 K) Amber InSb CCD focal-plane array met een bandpass van 1100-2800 nm en een filterwiel met zes standen. De middelste golflengten van de filters (en de bandbreedte (FWHM)) waren: 1100 nm (60 nm), 1250 nm (60 nm), 1500 nm (60 nm), 2000 nm (60 nm), 2600 nm (60 nm), en 2780 nm (120 nm). Het diafragma was 29 mm met een brandpuntsafstand van 96 mm. Het gezichtsveld was 5,6 × 5,6 graden, wat een spoorbreedte geeft van ongeveer 40 km op een nominale hoogte van 400 km op de maan. De maan werd volledig in kaart gebracht tijdens de twee maanden durende maanfase van de missie. De beeldmatrix is 256 × 256 pixels, en de pixelresolutie varieerde van 150-500 m tijdens een enkele karteringsronde op de maan. (Bij Geographos zou de pixelresolutie 40 m zijn geweest bij de dichtste nadering, wat een beeldgrootte geeft van ongeveer 10 × 10 km). De camera maakte twaalf beelden in elke uitbarsting van 1,3 s, die 75 keer voorkwamen tijdens de 80 minuten durende karteringsperiode van elke vijf uur durende maanbaan. Het dynamisch bereik was 15.000. De signaal-ruisverhouding varieerde van 11-97, afhankelijk van het albedo van het oppervlak en de fasehoek, met een relatieve kalibratie van 1% en een absolute kalibratie van 30%. De versterking varieerde van 0,5X tot 36X.

Laser Image Detection and Ranging (LIDAR) SystemEdit

Reliëfmetingen door LIDAR

Het Clementine Laser Image Detection And Ranging (LIDAR) experiment is ontworpen om de afstand van het ruimtevaartuig tot een punt op het oppervlak van de maan te meten. Dit zal het mogelijk maken een hoogtekaart te maken, die kan worden gebruikt om de morfologie van grote bekkens en andere maankenmerken te beperken, de spanning en rek en de buigeigenschappen van de lithosfeer te bestuderen, en kan worden gecombineerd met de zwaartekracht om de dichtheidsverdeling in de korst te bestuderen. Het experiment was ook ontworpen om afstanden tot het oppervlak van Geographos te meten, maar deze fase van de missie werd geannuleerd als gevolg van een defect.

Het LIDAR-systeem bestond uit een 180 mJ, 1064 nm golflengte Nd-YAG (Yttrium-Aluminium-Garnet) laserzender die pulsen naar het maanoppervlak zond. De laser produceerde een puls met een breedte van minder dan 10 ns. Bij de golflengte van 1064 nm had de puls een energie van 171 mJ met een divergentie van minder dan 500 microrad. Bij 532 nm had de puls een energie van 9 mJ met een divergentie van 4 millirad. De gereflecteerde puls ging door de telescoop van de hoge-resolutie camera, waar hij werd afgesplitst door een dichroïsch filter naar een silicium lawine fotodiode detector. De detector was een SiAPD-ontvanger met één cel van 0,5 × 0,5 mm met een gezichtsveld van 0,057 vierkante graden. De laser had een massa van 1250 g, de ontvanger was ondergebracht in de 1120 g wegende HIRES-camera. De reistijd van een puls gaf de afstand tot het oppervlak. Het LIDAR-geheugen kon tot zes retourdetecties per laserafvuring opslaan, met een drempel ingesteld voor het beste compromis tussen gemiste detecties en valse alarmen. De terugmeldingen werden opgeslagen in 39,972 m range bins, gelijk aan de resolutie van de 14-bit klokteller. De LIDAR heeft een nominaal bereik van 500 km, maar er werden altimetrische gegevens verzameld voor hoogten tot 640 km, waardoor tegen het einde van de maanfase van de missie een dekking van 60 graden zuid tot 60 graden noord mogelijk was. De verticale resolutie is 40 m, en de horizontale puntresolutie is ongeveer 100 m. De onderlinge afstand tussen de metingen aan de evenaar was ongeveer 40 km. Een meting werd elke seconde gemaakt over een periode van 45 minuten tijdens elke omloopbaan, wat een afstand langs de baan geeft van 1-2 km.

Hoge-resolutie camera (HIRES)Edit

De Clementine Hoge-resolutie camera bestond uit een telescoop met een beeldversterker en een frame-transfer CCD imager. Het beeldvormingssysteem was ontworpen om geselecteerde delen van de oppervlakken van de Maan en de asteroïde 1620 Geographos te bestuderen, hoewel het rendez-vous met de asteroïde werd geannuleerd als gevolg van een defect. Dit experiment maakte de gedetailleerde studie van oppervlakteprocessen op de Maan mogelijk en, in combinatie met spectrale gegevens, samenstellingsstudies met hoge resolutie en geologische studies.

De imager was een geïntensiveerde Thompson CCD-camera met een filterwiel met zes standen. De filterset bestond uit een breedbandfilter met een bandpass van 400 tot 800 nm, vier smalbandfilters met middengolflengten (en bandpassbreedte (FWHM)) van 415 nm (40 nm), 560 nm (10 nm), 650 nm (10 nm), en 750 nm (20 nm), en 1 ondoorzichtig deksel om de beeldversterker te beschermen. Het gezichtsveld was 0,3 x 0,4 graden, wat neerkomt op een breedte van ongeveer 2 km op een nominale maanhoogte van 400 km. De beeldverzameling is 288 × 384 pixels, (pixelgrootte van 23 × 23 micrometer) dus de pixelresolutie op de maan was 7-20 m, afhankelijk van de hoogte van het ruimtevaartuig. (Op Geographos zou de resolutie <5 m zijn geweest bij de dichtste nadering.) De vrije apertuur was 131 mm en de brandpuntsafstand was 1250 mm. De nominale beeldsnelheid was ongeveer 10 beelden per seconde in afzonderlijke beeldbursts die alle filters op de maan bestreken. Door de hoge resolutie en het kleine gezichtsveld konden alleen geselecteerde gebieden van de maan worden bestreken, in de vorm van lange, smalle stroken van één kleur of kortere stroken van maximaal vier kleuren. Het instrument heeft een signaal-ruisverhouding van 13 tot 41, afhankelijk van het albedo en de fasehoek, met een relatieve kalibratie van 1% en een absolute kalibratie van 20%, en een dynamisch bereik van 2000.

De telescoop van de High-Resolution Camera werd gedeeld door het LIDAR-instrument. De 1064 nm laser return werd gesplitst naar de LIDAR ontvanger (een lawine fotodiode detector) met behulp van een dichroic filter.

Imagery van de HIRES kan worden bekeken in NASA World Wind software.