Clementine (navă spațială)

Telescopul de particule încărcate (CPT)Edit

Telescopul de particule încărcate (CPT) de pe Clementine a fost proiectat pentru a măsura fluxul și spectrele protonilor energetici (3-80 MeV) și ale electronilor (25-500 keV). Obiectivele principale ale investigației au fost următoarele: (1) să studieze interacțiunea dintre coada magnetică a Pământului și șocurile interplanetare cu Luna; (2) să monitorizeze vântul solar în regiuni îndepărtate de alte nave spațiale, ca parte a unui studiu coordonat de mai multe misiuni; și, (3) să măsoare efectele particulelor incidente asupra capacității de funcționare a celulelor solare ale navei spațiale și a altor senzori.

Pentru a respecta limita strictă a masei instrumentului (<1 kg), acesta a fost implementat ca un telescop cu un singur element. Telescopul avea un câmp vizual de 10 grade în semi-unghi. Detectorul, un detector de tip bariere de suprafață din siliciu cu o suprafață de 100 mm2 și o grosime de 3 mm, a fost ecranat astfel încât să împiedice ca protonii sub 30 MeV să ajungă la el din alte direcții decât prin deschidere. Deschiderea a fost acoperită cu o folie foarte subțire pentru a împiedica lumina să lovească detectorul și să genereze zgomot. Semnalul de la detector a fost împărțit în nouă canale, cele mai mici șase fiind dedicate detectării electronilor, iar cele mai mari trei canalelor pentru protoni și ioni mai grei.

Camera Ultraviolet/VizibilEdit

Rotirile lunare Reiner Gamma la 750 nm, așa cum au fost înregistrate de misiunea Clementine

Camera Ultraviolet/Vizibil (UV/Vis) a fost proiectată pentru a studia suprafețele Lunii și ale asteroidului Geographos la cinci lungimi de undă diferite în spectrul ultraviolet și vizibil. Întâlnirea cu Geographos a fost anulată din cauza unei defecțiuni a echipamentului. Acest experiment a furnizat informații despre proprietățile petrologice ale materialului de la suprafața Lunii, precum și imagini utile pentru studii morfologice și statistici privind craterele. Majoritatea imaginilor au fost realizate la unghiuri joase ale Soarelui, ceea ce este util pentru studii petrologice, dar nu și pentru observarea morfologiei.

Senzorul a constat dintr-un telescop catadioptric cu o deschidere de 46 mm și lentile din silice topită focalizate pe o cameră CCD Thompson acoperită, cu o bandă de trecere de 250-1000 nm și o roată de filtre cu șase poziții. Răspunsul la lungimea de undă a fost limitat, la capătul lungimii de undă scurte, de transmisia și de neclaritatea optică a lentilelor, iar la capătul lung de răspunsul CCD. CCD-ul era un dispozitiv de transfer de cadre care permitea trei stări de câștig (150, 350 și 1000 de electroni/bit). Timpii de integrare variau de la 1-40 ms în funcție de starea de câștig, de unghiul de iluminare solară și de filtru. Lungimile de undă centrale ale filtrelor (și lățimile de trecere a benzii (FWHM)) au fost 415 nm (40 nm), 750 nm (10 nm), 900 nm (30 nm), 950 nm (30 nm), 1000 nm (30 nm) și un filtru cu bandă largă care acoperă 400-950 nm. Câmpul de vizualizare a fost de 4,2 × 5,6 grade, ceea ce înseamnă o lățime de aproximativ 40 km la o altitudine lunară nominală de 400 km. Matricea de imagini a fost de 288 × 384 pixeli. Rezoluția pixelilor a variat de la 100-325 m în timpul unui traseu de cartografiere pe o singură orbită pe Lună. La Geographos, rezoluția pixelilor ar fi fost de 25 m la cea mai apropiată apropiere de 100 km, ceea ce ar fi dat o dimensiune a imaginii de aproximativ 7 × 10 km. Camera a realizat douăsprezece imagini în fiecare rafală de imagine de 1,3 s, care a avut loc de 125 de ori în intervalul de 80 de minute de cartografiere în timpul fiecărei orbite lunare de cinci ore. suprafața Lunii a fost acoperită complet în timpul fazei de cartografiere lunară de două luni a misiunii. Gama dinamică a fost de 15.000. Raportul semnal-zgomot a variat de la 25-87 în funcție de albedo-ul suprafeței și de unghiul de fază, cu o calibrare relativă de 1% și o calibrare absolută de 15%.

Camera CCD în infraroșu apropiat (NIR)Edit

Camera Clementine în infraroșu apropiat (NIR) a fost proiectată pentru a studia suprafețele Lunii și ale asteroidului 1620 Geographos din apropierea Pământului la șase lungimi de undă diferite în spectrul infraroșu apropiat. Acest experiment a furnizat informații despre petrologia materialului de la suprafața Lunii. Întâlnirea cu Geographos a fost anulată din cauza unei defecțiuni a echipamentului.

Camera era compusă dintr-o lentilă catadioptrică care focaliza pe o matrice de plan focal Amber InSb CCD răcită mecanic (până la o temperatură de 70 K), cu o bandă de trecere de 1100-2800 nm și o roată de filtre cu șase poziții. Lungimile de undă centrale ale filtrelor (și lățimile de trecere a benzii (FWHM)) au fost: 1100 nm (60 nm), 1250 nm (60 nm), 1500 nm (60 nm), 2000 nm (60 nm), 2600 nm (60 nm) și 2780 nm (120 nm). Deschiderea a fost de 29 mm cu o distanță focală de 96 mm. Câmpul de vizualizare a fost de 5,6 × 5,6 grade, ceea ce dă o lățime de aproximativ 40 km la o altitudine lunară nominală de 400 km. Luna a avut o acoperire cartografică completă în timpul fazei lunare de două luni a misiunii. Rețeaua de imagini este de 256 × 256 pixeli, iar rezoluția pixelilor a variat de la 150-500 m în timpul unei runde de cartografiere a Lunii pe o singură orbită. (La Geographos, rezoluția pixelilor ar fi fost de 40 m la cea mai apropiată apropiere, ceea ce ar fi dat o dimensiune a imaginii de aproximativ 10 × 10 km). Camera a realizat douăsprezece imagini în fiecare rafală de imagine de 1,3 s, care a avut loc de 75 de ori pe parcursul celor 80 de minute de cartografiere în timpul fiecărei orbite lunare de cinci ore. Gama dinamică a fost de 15.000. Raportul semnal-zgomot a variat de la 11-97 în funcție de albedo-ul suprafeței și de unghiul de fază, cu o calibrare relativă de 1% și o calibrare absolută de 30%. Câștigul a variat de la 0,5X la 36X.

Laser Image Detection and Ranging (LIDAR) SystemEdit

Măsurătorile de relief realizate de LIDAR

Experimentul Clementine Laser Image Detection And Ranging (LIDAR) a fost proiectat pentru a măsura distanța de la nava spațială la un punct de pe suprafața Lunii. Acest lucru va permite realizarea unei hărți altimetrice, care poate fi utilizată pentru a constrânge morfologia bazinelor mari și a altor caracteristici lunare, pentru a studia tensiunile și deformațiile și proprietățile de flexiune ale litosferei și poate fi combinată cu gravitația pentru a studia distribuția densității în crustă. Experimentul a fost, de asemenea, conceput pentru a măsura distanțele până la suprafața Geographos, dar această fază a misiunii a fost anulată din cauza unei defecțiuni.

Sistemul LIDAR a constat dintr-un emițător laser Nd-YAG (Yttrium-Aluminum-Garnet) de 180 mJ, cu o lungime de undă de 1064 nm, care a transmis impulsuri către suprafața lunară. Laserul a produs un impuls cu o lățime mai mică de 10 ns. La o lungime de undă de 1064 nm, pulsul a avut o energie de 171 mJ cu o divergență mai mică de 500 microrad. La 532 nm, a avut un impuls de 9 mJ cu o divergență de 4 milirad. Impulsul reflectat a călătorit prin telescopul camerei de înaltă rezoluție, unde a fost divizat de un filtru dicroic către un detector cu fotodiodă cu avalanșă din siliciu. Detectorul a fost un receptor SiAPD cu o singură celulă de 0,5 × 0,5 mm, cu un câmp vizual de 0,057 grade pătrate. Laserul avea o masă de 1250 g, iar receptorul era adăpostit în camera HIRES de 1120 g. Timpul de deplasare al unui impuls a dat distanța până la suprafață. Memoria LIDAR putea salva până la șase detecții de întoarcere la fiecare tragere a laserului, cu un prag stabilit pentru cel mai bun compromis între detecțiile ratate și alarmele false. Semnăturile au fost stocate în intervale de 39,972 m, egale cu rezoluția contorului de ceas pe 14 biți. LIDAR are o rază de acțiune nominală de 500 km, dar au fost colectate date altimetrice pentru altitudini de până la 640 km, ceea ce a permis acoperirea de la 60 de grade sud la 60 de grade nord până la sfârșitul fazei lunare a misiunii. Rezoluția verticală este de 40 m, iar rezoluția punctelor orizontale este de aproximativ 100 m. Distanța transversală a măsurătorilor la ecuator a fost de aproximativ 40 km. O măsurătoare a fost efectuată în fiecare secundă pe o perioadă de 45 de minute în timpul fiecărei orbite, ceea ce dă o spațiere de-a lungul traiectoriei de 1-2 km.

Camera de înaltă rezoluție (HIRES)Edit

Camera de înaltă rezoluție Clementine a constat dintr-un telescop cu un intensificator de imagine și un aparat de imagistică CCD cu transfer de cadre. Sistemul de formare a imaginilor a fost proiectat pentru a studia porțiuni selectate ale suprafețelor Lunii și ale asteroidului 1620 Geographos din apropierea Pământului, deși întâlnirea cu asteroidul a fost anulată din cauza unei defecțiuni. Acest experiment a permis studiul detaliat al proceselor de suprafață de pe Lună și, combinat cu datele spectrale, a permis studii compoziționale și geologice de înaltă rezoluție.

Camera de formare a imaginilor a fost o cameră CCD Thompson intensificată cu o roată de filtre cu șase poziții. Setul de filtre era format dintr-un filtru de bandă largă cu o bandă de trecere de la 400 la 800 nm, patru filtre de bandă îngustă cu lungimi de undă centrale (și lățimea benzii de trecere (FWHM)) de 415 nm (40 nm), 560 nm (10 nm), 650 nm (10 nm) și 750 nm (20 nm), și 1 capac opac pentru a proteja intensificatorul de imagine. Câmpul de vizualizare a fost de 0,3 x 0,4 grade, ceea ce se traduce printr-o lățime de aproximativ 2 km la o altitudine lunară nominală de 400 km. Rețeaua de imagini are 288 × 384 de pixeli, (dimensiunea pixelilor de 23 × 23 micrometri), astfel încât rezoluția pixelilor pe Lună a fost de 7-20 m, în funcție de altitudinea navei spațiale. (La Geographos, rezoluția ar fi fost de <5 m la cea mai apropiată apropiere.) Deschiderea clară a fost de 131 mm, iar distanța focală a fost de 1250 mm. Rata nominală de formare a imaginilor a fost de aproximativ 10 cadre pe secundă în rafale de imagini individuale care acopereau toate filtrele de pe Lună. Rezoluția ridicată și câmpul vizual mic au permis acoperirea doar a unor zone selectate ale Lunii, sub forma unor benzi lungi și înguste de o singură culoare sau a unor benzi mai scurte de până la patru culori. Instrumentul are un raport semnal/zgomot de 13 până la 41, în funcție de albedo și de unghiul de fază, cu o calibrare relativă de 1% și o calibrare absolută de 20%, precum și un domeniu dinamic de 2000.

Telescopul camerei de înaltă rezoluție a fost împărțit de instrumentul LIDAR. Returul laserului de 1064 nm a fost divizat către receptorul LIDAR (un detector cu fotodiodă cu avalanșă) folosind un filtru dicroic.

Imaginile de la HIRES pot fi vizualizate în software-ul NASA World Wind.