Clementina (nave espacial)

El Telescopio de Partículas Cargadas (CPT) a bordo de Clementine fue diseñado para medir el flujo y el espectro de protones energéticos (3-80 MeV ) y electrones ( 25-500 keV ) . Los objetivos principales de la investigación fueron: (1) estudiar la interacción de la magnetocola terrestre y las ondas de choque interplanetarias con la Luna; (2) monitorizar el viento solar en regiones alejadas de otras naves espaciales como parte de un estudio coordinado de múltiples misiones; y (3) medir los efectos de las partículas incidentes en la capacidad operativa de las células solares y otros sensores de la nave espacial.  

Para cumplir con el estricto límite de masa del instrumento (<1  kg), se implementó como un telescopio de un solo elemento. El telescopio tenía un campo de visión de 10 grados de semiángulo. El detector, de silicio tipo barrera superficial con un área de 100 ^mm²  y un espesor de 3 mm, estaba blindado para evitar que los protones con energías inferiores a 30 MeV lo alcanzaran desde direcciones distintas a través de la apertura. La apertura estaba cubierta por una lámina muy delgada para evitar que la luz incidiera sobre el detector y generara ruido. La señal del detector se dividía en nueve canales: los seis inferiores dedicados a la detección de electrones y los tres superiores a protones e iones más pesados.  

La cámara ultravioleta/visible (UV/Vis) fue diseñada para estudiar las superficies de la Luna y el asteroide Geographos en cinco longitudes de onda diferentes del espectro ultravioleta y visible. El encuentro con Geographos se canceló debido a un fallo en el equipo. Este experimento proporcionó información sobre las propiedades petrológicas del material superficial de la Luna, además de imágenes útiles para estudios morfológicos y estadísticas de cráteres. La mayoría de las imágenes se tomaron con ángulos solares bajos, lo cual es útil para estudios petrológicos, pero no para observar la morfología.

El sensor consistía en un telescopio catadióptrico con una apertura de 46  mm y lentes de sílice fundida enfocadas en una cámara CCD Thompson recubierta con un ancho de banda de 250 a 1000  nm y una rueda de filtros de seis posiciones. La respuesta de longitud de onda estaba limitada en el extremo de longitud de onda corta por la transmisión y el desenfoque óptico de la lente, y en el extremo de longitud de onda larga por la respuesta del CCD. El CCD era un dispositivo de transferencia de fotogramas que permitía tres estados de ganancia (150, 350 y 1000 electrones/bit). Los tiempos de integración variaban de 1 a 40 ms dependiendo del estado de ganancia, el ángulo de iluminación solar y el filtro. Las longitudes de onda centrales del filtro (y anchos de banda (FWHM)) eran 415  nm (40  nm), 750  nm (10  nm), 900  nm (30  nm), 950  nm (30  nm), 1000  nm (30  nm) y un filtro de banda ancha que cubría de 400 a 950  nm. El campo de visión era de 4,2 × 5,6 grados, lo que se traduce en un ancho transversal de aproximadamente 40  km a una  altitud lunar nominal de 400 km. La matriz de imagen era de 288 × 384 píxeles. La resolución de píxeles varió de 100 a 325 m durante una sola órbita de mapeo en la Luna. En Geographos, la resolución de píxeles habría sido de 25 m en el  acercamiento más cercano de 100 km, lo que da un tamaño de imagen de aproximadamente 7 × 10  km. La cámara tomó doce imágenes en cada ráfaga de imágenes de 1,3 s, que ocurrió 125 veces durante el lapso de mapeo de 80 minutos durante cada órbita lunar de cinco horas. La superficie de la Luna fue cubierta completamente durante la fase de mapeo lunar de dos meses de la misión. El rango dinámico fue de 15 000. La relación señal/ruido varió de 25 a 87 dependiendo del albedo de la superficie y el ángulo de fase , con una calibración relativa del 1 % y una calibración absoluta del 15 %.

La cámara de infrarrojo cercano (NIR) Clementine fue diseñada para estudiar las superficies de la Luna y del asteroide cercano a la Tierra 1620 Geographos en seis longitudes de onda diferentes del espectro infrarrojo cercano. Este experimento proporcionó información sobre la petrología del material superficial de la Luna. El encuentro con Geographos se canceló debido a un fallo en el equipo.

La cámara constaba de una lente catadióptrica que enfocaba en un detector CCD Amber InSb de plano focal refrigerado mecánicamente (a una temperatura de 70 K ) con un ancho de banda de 1100 a 2800  nm y una rueda de filtros de seis posiciones. Las longitudes de onda centrales de los filtros (y anchos de banda (FWHM)) eran: 1100  nm (60  nm), 1250  nm (60  nm), 1500  nm (60  nm), 2000  nm (60  nm), 2600  nm (60  nm) y 2780  nm (120  nm). La apertura era de 29  mm con una distancia focal de 96  mm. El campo de visión era de 5,6 × 5,6 grados, lo que proporcionaba un ancho transversal de aproximadamente 40  km a una altitud lunar nominal de 400  km. La Luna tuvo una cobertura de mapeo completa durante la fase lunar de dos meses de la misión. La matriz de imágenes es de 256 × 256 píxeles, y la resolución de píxeles varió de 150 a 500 m durante una sola carrera de mapeo orbital en la Luna. (En Geographos la resolución de píxeles habría sido de 40 m en el acercamiento más cercano, dando un tamaño de imagen de aproximadamente 10 × 10  km). La cámara tomó doce imágenes en cada ráfaga de imágenes de 1,3 s, que ocurrió 75 veces durante el lapso de mapeo de 80 minutos durante cada órbita lunar de cinco horas. El rango dinámico fue de 15 000. La relación señal/ruido varió de 11 a 97 dependiendo del albedo de la superficie y el ángulo de fase, con una calibración relativa del 1 % y una calibración absoluta del 30 %. La ganancia varió de 0,5X a 36X.

El experimento de detección y medición de distancias mediante láser ( LIDAR ) de Clementine se diseñó para medir la distancia desde la nave espacial hasta un punto en la superficie de la Luna. Esto permitirá crear un mapa altimétrico, que podrá utilizarse para delimitar la morfología de grandes cuencas y otras características lunares, estudiar las propiedades de tensión, deformación y flexión de la litosfera, y combinarse con datos de gravedad para estudiar la distribución de densidad en la corteza. El experimento también se diseñó para medir distancias a la superficie de Geographos, pero esta fase de la misión se canceló debido a un fallo técnico.

El sistema LIDAR consistía en un transmisor láser Nd-YAG ( granate de itrio  y aluminio) de 180 mJ y 1064 nm de longitud de onda , que emitía pulsos hacia la superficie lunar. El láser producía un pulso con una duración inferior a 10 ns. A 1064 nm, el pulso tenía una energía de 171 mJ con una divergencia inferior a 500 microrradianes. A 532 nm, tenía un pulso de 9 mJ con una divergencia de 4 milirradianes. El pulso reflejado viajaba a través del telescopio de la cámara de alta resolución, donde se desviaba mediante un filtro dicroico hacia un detector de fotodiodo de avalancha de silicio. El detector era un receptor SiAPD de celda única de 0,5 × 0,5 mm con un campo de visión de 0,057 grados cuadrados. El láser tenía una masa de 1250 g, y el receptor estaba alojado en la cámara HIRES de 1120 g. El tiempo de viaje de un pulso proporcionaba la distancia a la superficie. La memoria LIDAR podía guardar hasta seis detecciones de retorno por disparo láser, con un umbral establecido para el mejor compromiso entre detecciones perdidas y falsas alarmas. Los retornos se almacenaron en intervalos de alcance de 39,972 m, igual a la resolución del contador de reloj de 14 bits. El LIDAR tiene un alcance nominal de 500 km, pero se recopilaron datos altimétricos para altitudes de hasta 640 km, lo que permitió una cobertura desde 60 grados sur hasta 60 grados norte al final de la fase lunar de la misión. La resolución vertical es de 40 m, y la resolución del punto horizontal es de aproximadamente 100 m. El espaciado transversal de las mediciones en el ecuador fue de aproximadamente 40 km. Se realizó una medición cada segundo durante un período de 45 minutos durante cada órbita, lo que dio un espaciado longitudinal de 1 a 2 km.       

La cámara de alta resolución Clementine constaba de un telescopio con intensificador de imagen y un sensor CCD de transferencia de fotogramas . El sistema de imagen se diseñó para estudiar zonas específicas de la superficie de la Luna y del asteroide cercano a la Tierra 1620 Geographos, aunque el encuentro con el asteroide se canceló debido a un fallo técnico. Este experimento permitió el estudio detallado de los procesos superficiales en la Luna y, combinado con datos espectrales, posibilitó estudios composicionales y geológicos de alta resolución.

El generador de imágenes era una cámara CCD Thompson intensificada con una rueda de filtros de seis posiciones. El conjunto de filtros constaba de un filtro de banda ancha con un ancho de banda de 400 a 800  nm, cuatro filtros de banda estrecha con longitudes de onda centrales (y ancho de banda (FWHM)) de 415  nm (40  nm), 560  nm (10  nm), 650  nm (10  nm) y 750  nm (20  nm), y una cubierta opaca para proteger el intensificador de imagen. El campo de visión era de 0,3 x 0,4 grados, lo que se traduce en un ancho de aproximadamente 2  km a una altitud lunar nominal de 400  km. La matriz de imagen es de 288 × 384 píxeles (tamaño de píxel de 23 × 23 micrómetros), por lo que la resolución de píxel en la Luna era de 7 a 20 m dependiendo de la altitud de la nave espacial. (En Geographos, la resolución habría sido <5 m en el punto de máxima aproximación). La apertura libre era de 131  mm y la distancia focal de 1250  mm. La velocidad de imagen nominal era de aproximadamente 10 fotogramas por segundo en ráfagas individuales que cubrían todos los filtros en la Luna. La alta resolución y el pequeño campo de visión solo permitían cubrir áreas seleccionadas de la Luna, en forma de franjas largas y estrechas de un solo color o franjas más cortas de hasta cuatro colores. El instrumento tiene una relación señal/ruido de 13 a 41 dependiendo del albedo y el ángulo de fase, con una calibración relativa del 1 % y una calibración absoluta del 20 %, y un rango dinámico de 2000.

El telescopio de la cámara de alta resolución era compartido con el instrumento LIDAR. La  señal láser de 1064 nm se dividía hacia el receptor LIDAR (un detector de fotodiodo de avalancha) mediante un filtro dicroico.

Las imágenes del satélite HIRES se pueden visualizar en el software NASA World Wind .