Clementine (statek kosmiczny)

Teleskop cząstek naładowanych (CPT)Edit

Teleskop cząstek naładowanych (CPT) na Clementine został zaprojektowany do pomiaru strumienia i widma energetycznych protonów (3-80 MeV) i elektronów (25-500 keV). Głównymi celami badań były: (1) zbadanie interakcji ziemskiego magnetotailu i wstrząsów międzyplanetarnych z Księżycem; (2) monitorowanie wiatru słonecznego w regionach odległych od innych statków kosmicznych jako część wielomisyjnych skoordynowanych badań; oraz, (3) zmierzenie wpływu padających cząstek na zdolność operacyjną ogniw słonecznych statku kosmicznego i innych czujników.

W celu spełnienia rygorystycznego limitu masy instrumentu (<1 kg), został on zrealizowany jako teleskop jednoelementowy. Teleskop miał 10-stopniowe półkątne pole widzenia. Detektor, krzemowy typu surface-barrier o powierzchni 100 mm2 i grubości 3 mm, był ekranowany tak, aby protony o energii poniżej 30 MeV nie docierały do niego z innych kierunków niż przez aperturę. Apertura była przykryta bardzo cienką folią, aby zapobiec padaniu światła na detektor i generowaniu szumów. Sygnał z detektora był rozdzielony na dziewięć kanałów, z których sześć najniższych było przeznaczonych do detekcji elektronów, a trzy najwyższe do detekcji protonów i cięższych jonów.

Kamera ultrafioletowa/widzialnaEdit

Wiry księżycowe Reiner Gamma przy długości fali 750 nm, zarejestrowane przez misję Clementine

Kamera ultrafioletowa/widzialna (UV/Vis) została zaprojektowana do badania powierzchni Księżyca i planetoidy Geographos na pięciu różnych długościach fali w ultrafiolecie i widzialnym spektrum. Randka z Geographosem została odwołana z powodu awarii sprzętu. Eksperyment ten dostarczył informacji na temat właściwości petrologicznych materiału powierzchniowego na Księżycu, jak również dał obrazy przydatne do badań morfologicznych i statystyki kraterów. Większość obrazów została wykonana przy niskich kątach padania promieni słonecznych, co jest przydatne do badań petrologicznych, ale nie do obserwacji morfologii.

Czujnik składał się z teleskopu katadioptrycznego o aperturze 46 mm i soczewek ze stopionej krzemionki zogniskowanych na powlekanej kamerze CCD Thompson z pasmem przenoszenia 250-1000 nm i sześciopozycyjnym kołem filtrowym. Odpowiedź długości fali była ograniczona na krótkim końcu długości fali przez transmisję i rozmycie optyczne obiektywu, a na długim końcu przez odpowiedź CCD. CCD był urządzeniem z transferem ramki, co pozwalało na trzy stany wzmocnienia (150, 350 i 1000 elektronów/bit). Czasy integracji wynosiły od 1 do 40 ms w zależności od stanu wzmocnienia, kąta oświetlenia słonecznego i filtra. Centralne długości fal filtrów (i szerokości pasma (FWHM)) wynosiły 415 nm (40 nm), 750 nm (10 nm), 900 nm (30 nm), 950 nm (30 nm), 1000 nm (30 nm), oraz filtr szerokopasmowy obejmujący 400-950 nm. Pole widzenia wynosiło 4,2 × 5,6 stopnia, co przekłada się na szerokość toru poprzecznego około 40 km na nominalnej wysokości księżycowej 400 km. Matryca obrazu miała rozmiar 288 × 384 pikseli. Rozdzielczość pikseli wahała się od 100-325 m podczas mapowania Księżyca na jednej orbicie. Na Geographosie rozdzielczość pikseli wynosiłaby 25 m przy 100-kilometrowym zbliżeniu, co daje rozmiar obrazu około 7 × 10 km. Kamera wykonała dwanaście zdjęć w każdym 1,3-sekundowym cyklu, który wystąpił 125 razy w ciągu 80-minutowego okresu mapowania podczas każdej pięciogodzinnej orbity księżycowej. powierzchnia Księżyca została całkowicie pokryta podczas dwumiesięcznej fazy mapowania Księżyca. Zakres dynamiczny wynosił 15 000. Stosunek sygnału do szumu wahał się od 25-87 w zależności od albedo powierzchni i kąta fazowego, z kalibracją względną 1% i kalibracją bezwzględną 15%.

Kamera CCD na bliską podczerwień (NIR)Edit

Kamera Clementine na bliską podczerwień (NIR) została zaprojektowana do badania powierzchni Księżyca i bliskiej Ziemi asteroidy 1620 Geographos na sześciu różnych długościach fal w widmie bliskiej podczerwieni. Eksperyment ten dostarczył informacji na temat petrologii materiału powierzchniowego na Księżycu. Randka z Geographosem została odwołana z powodu awarii sprzętu.

Kamera składała się z obiektywu katadioptrycznego, który ogniskował się na mechanicznie chłodzonej (do temperatury 70 K) matrycy Amber InSb CCD focal-plane array z pasmem 1100-2800 nm i sześciopozycyjnym kołem filtrów. Długości środkowych fal filtrów (i szerokości pasma przenoszenia (FWHM)) wynosiły: 1100 nm (60 nm), 1250 nm (60 nm), 1500 nm (60 nm), 2000 nm (60 nm), 2600 nm (60 nm) i 2780 nm (120 nm). Apertura wynosiła 29 mm, a ogniskowa 96 mm. Pole widzenia wynosiło 5,6 × 5,6 stopnia, co daje szerokość poprzeczną około 40 km przy nominalnej wysokości Księżyca 400 km. Księżyc miał pełne pokrycie mapowe podczas dwumiesięcznej fazy księżycowej misji. Matryca obrazu ma rozmiar 256 × 256 pikseli, a rozdzielczość pikseli wahała się od 150-500 m podczas mapowania Księżyca na jednej orbicie. (Na Geographos rozdzielczość pikseli wynosiłaby 40 m przy najbliższym zbliżeniu, co daje rozmiar obrazu około 10 × 10 km). Kamera wykonała dwanaście zdjęć w każdym 1,3-sekundowym cyklu, który wystąpił 75 razy w ciągu 80 minut mapowania podczas każdej pięciogodzinnej orbity księżycowej. Zakres dynamiczny wynosił 15 000. Stosunek sygnału do szumu wahał się od 11-97 w zależności od albedo powierzchni i kąta fazowego, przy względnej kalibracji 1% i bezwzględnej kalibracji 30%. Wzmocnienie wahało się od 0,5X do 36X.

Laser Image Detection and Ranging (LIDAR) SystemEdit

Pomiary reliefu wykonane przez LIDAR

Doświadczenie Clementine Laser Image Detection And Ranging (LIDAR) zostało zaprojektowane do pomiaru odległości od statku kosmicznego do punktu na powierzchni Księżyca. Pozwoli to na wykonanie mapy wysokościowej, która może być wykorzystana do określenia morfologii dużych basenów i innych cech księżycowych, badania naprężeń i odkształceń oraz właściwości giętkich litosfery, a także może być połączona z grawitacją w celu zbadania rozkładu gęstości w skorupie ziemskiej. Eksperyment został również zaprojektowany do pomiaru odległości do powierzchni Geographos, ale ta faza misji została odwołana z powodu awarii.

System LIDAR składał się z nadajnika laserowego Nd-YAG (Yttrium-Aluminum-Garnet) o mocy 180 mJ i długości fali 1064 nm, który przesyłał impulsy do powierzchni Księżyca. Laser wytwarzał impulsy o szerokości mniejszej niż 10 ns. Przy długości fali 1064 nm impuls miał energię 171 mJ z dywergencją mniejszą niż 500 mikrorad. Przy długości fali 532 nm impuls miał energię 9 mJ z dywergencją 4 miliradów. Odbity impuls wędrował przez teleskop kamery wysokiej rozdzielczości, gdzie był rozdzielany przez filtr dichroiczny do krzemowego detektora fotodiod lawinowych. Detektor był odbiornikiem SiAPD o pojedynczej komórce 0,5 × 0,5 mm i polu widzenia 0,057 stopni kwadratowych. Masa lasera wynosiła 1250 g, odbiornik był umieszczony w ważącej 1120 g kamerze HIRES. Czas podróży impulsu dawał zasięg do powierzchni. Pamięć LIDAR-u mogła zapisać do sześciu powrotnych detekcji podczas jednego wystrzału lasera, z progiem ustawionym dla najlepszego kompromisu pomiędzy nietrafionymi detekcjami a fałszywymi alarmami. Powroty były przechowywane w 39,972 m binach zasięgu, równych rozdzielczości 14-bitowego licznika zegarowego. LIDAR ma nominalny zasięg 500 km, ale dane wysokościowe były zbierane dla wysokości do 640 km, co pozwoliło na pokrycie od 60 stopni na południe do 60 stopni na północ do końca księżycowej fazy misji. Rozdzielczość pionowa wynosi 40 m, a pozioma rozdzielczość punktowa około 100 m. Rozstaw pomiarów na równiku w poprzek toru wynosił około 40 km. Jeden pomiar był wykonywany co sekundę przez 45-minutowy okres podczas każdej orbity, dając rozstaw wzdłuż toru 1-2 km.

Kamera Wysokiej Rozdzielczości (HIRES)

Kamera Wysokiej Rozdzielczości Clementine składała się z teleskopu ze wzmacniaczem obrazu i przetwornikiem obrazu CCD. System obrazowania został zaprojektowany do badania wybranych fragmentów powierzchni Księżyca i bliskiej Ziemi asteroidy 1620 Geographos, chociaż rendez-vous asteroidy został odwołany z powodu awarii. Eksperyment ten pozwolił na szczegółowe zbadanie procesów powierzchniowych na Księżycu, a w połączeniu z danymi spektralnymi umożliwił wysokorozdzielcze badania składu i geologii.

Wywoływarka była wzmocnioną kamerą Thompson CCD z sześciopozycyjnym kołem filtrów. Zestaw filtrów składał się z filtra szerokopasmowego o szerokości pasma od 400 do 800 nm, czterech filtrów wąskopasmowych o środkowych długościach fali (i szerokości pasma (FWHM)) 415 nm (40 nm), 560 nm (10 nm), 650 nm (10 nm) i 750 nm (20 nm) oraz 1 nieprzezroczystej osłony chroniącej wzmacniacz obrazu. Pole widzenia wynosiło 0,3 x 0,4 stopnia, co przekłada się na szerokość około 2 km na nominalnej wysokości księżycowej 400 km. Matryca obrazu ma rozmiar 288 × 384 pikseli, (rozmiar piksela 23 × 23 mikrometry), więc rozdzielczość piksela na Księżycu wynosiła 7-20 m w zależności od wysokości statku kosmicznego. (Na Geographos rozdzielczość wynosiłaby <5 m przy najbliższym zbliżeniu.) Apertura przejrzysta wynosiła 131 mm, a ogniskowa 1250 mm. Nominalna szybkość obrazowania wynosiła około 10 klatek na sekundę w pojedynczych seriach obrazów obejmujących wszystkie filtry na Księżycu. Wysoka rozdzielczość i małe pole widzenia pozwalały na pokrycie tylko wybranych obszarów Księżyca, w postaci długich, wąskich pasów jednego koloru lub krótszych pasów do czterech kolorów. Instrument ma stosunek sygnału do szumu od 13 do 41 w zależności od albedo i kąta fazowego, z 1% kalibracją względną i 20% kalibracją bezwzględną oraz zakresem dynamicznym 2000.

Teleskop kamery wysokiej rozdzielczości był współdzielony przez instrument LIDAR. Powrót lasera 1064 nm był rozdzielany do odbiornika LIDAR (detektor fotodiod lawinowych) za pomocą filtra dichroicznego.

Obrazy z HIRES mogą być oglądane w oprogramowaniu NASA World Wind.