Клементина (космический корабль)

редактировать

.

Клементина
Clementine lunar.jpg Клементина
Тип миссииДемонстрация технологий. Лунный орбитальный аппарат. Астероидный зонд
ОператорBMDO / NASA
COSPAR ID 1994-004A
SATCAT № 22973
Продолжительность миссии115 дней
Характеристики космического корабля
ПроизводительМорская исследовательская лаборатория
Стартовая масса424 килограмма (935 фунтов)
Сухая масса227 килограммы (500 фунтов)
Мощность1850 Вт
Начало миссии
Дата запуска25 января 1994 г., 16:34:00 (1994-01-25UTC16 : 34Z) UTC
РакетаТитан II (23) G
Место запускаВанденберг SLC-4W
Конец миссии
Последний контакт10 мая 1995 г. (1995-05-11)
Параметры орбиты
Система отсчетаСеленоцентрическая
Большая полуось 5116,0 км (3178,9 миль)
Эксцентриситет 0,36
Высота Periselene 2162 км (1343 мили)
Высота Aposelene 4594 километров (2855 миль)
Наклонение 90 °
Период 300 минут
Лунный орбитальный аппарат
Выведение на орбиту19 февраля 1994 г.
Орбитальный вылет3 мая 1994 г.
Приборы
Заряженные частицы телескоп. Ультрафиолет /Видимая камера. Рядом - Инфракрасная ПЗС-камера (NIR). Система обнаружения и определения дальности лазерного изображения (LIDAR). Камера высокого разрешения (HIRES)

Clementine (официально под названием Научный эксперимент по программе глубокого космоса (DSPSE)) был совместным космическим проектом между Организацией противоракетной обороны (ранее Стратегической оборонной инициативой ) и НАСА, запущено 25 января 1994 года. Его цель заключалась в испытании датчиков и компонентов космического корабля при длительном пребывании в космосе и проведении научных наблюдений за Луной и околоземный астероид 1620 Географос. Наблюдение за астероидом не производилось из-за неисправности космического корабля.

Лунные наблюдения включали получение изображений на различных длинах волн в видимом, а также ультрафиолетовом и инфракрасном, лазерном локации альтиметрии, гравиметрия и измерения заряженных частиц. Эти наблюдения предназначались для получения многоспектральных изображений всей лунной поверхности, оценки минералогии поверхности Луны, получения данных альтиметрии от 60N до 60S широты и получения данных о гравитации для ближней стороны. Планировалось также получить изображения и определить размер, форму, характеристики вращения, свойства поверхности и статистику образования кратеров Географоса.

Звездный трекер Клементины: вид Луны и Венеры вдалеке

Клементина провела на борту семь различных экспериментов: УФ / видимая камера, ближняя инфракрасная камера, длинноволновая инфракрасная камера, камера высокого разрешения, два Star Tracker Камеры, лазерный высотомер и телескоп для заряженных частиц. Транспондер S-диапазона использовался для связи, слежения и гравиметрических экспериментов. Проект был назван Clementine в честь песни «Oh My Darling, Clementine », поскольку космический корабль будет «потерян и ушел навсегда» после своей миссии.

Содержание

  • 1 Конструкция космического корабля
  • 2 Миссия
  • 3 Научные инструменты
    • 3.1 Телескоп заряженных частиц (CPT)
    • 3.2 Ультрафиолетовая / видимая камера
    • 3.3 ПЗС-камера ближнего инфракрасного диапазона (NIR)
    • 3.4 Система обнаружения и определения дальности лазерного изображения (LIDAR)
    • 3.5 Камера высокого разрешения (HIRES)
  • 4 Эксперимент с бистатическим радаром
  • 5 После лунной миссии
  • 6 Источники
  • 7 Внешние links

Конструкция космического корабля

Космический корабль представлял собой восьмиугольную призму 1,88 м в диаметре и 1,14 м в поперечнике с двумя солнечными панелями, выступающими с противоположных сторон параллельно оси призма. Фиксированная параболическая антенна с высоким коэффициентом усиления диаметром 42 дюйма (1100 мм) находилась на одном конце призмы, а двигатель 489 Н - на другом. Отверстия для датчиков были расположены вместе на одной из восьми панелей под углом 90 градусов от солнечных панелей и защищены единой крышкой для датчиков.

Система движения космического корабля состояла из монотоплива гидразин системы управления ориентацией и двухкомпонентного топлива тетроксид азота и монометилгидразин система для маневров в космосе. Двухкомпонентная система имела общую способность Delta-v около 1900 м / с, при этом около 550 м / с требовалось для выхода на Луну и 540 м / с для выхода на Луну.

Контроль ориентации был достигнут с помощью 12 небольших реактивных двигателей, двух звездных трекеров и двух инерциальных измерительных устройств. Космический аппарат стабилизировался по трем осям на лунной орбите с помощью реактивных колес с точностью управления 0,05 градуса и знанием 0,03 градуса. Электропитание обеспечивали карданные, одноосные солнечные панели из GaAs / Ge, которые заряжали общую батарею высокого давления Nihau (Ni-H ) мощностью 15 А · ч, 47 Вт · ч / кг..

Обработка данных космического корабля выполнялась с использованием компьютера MIL-STD-1750A (1,7 MIPS) для режима сохранения, управления ориентацией и служебных операций, 32-битного процессора RISC (18 MIPS) для обработка изображений и автономные операции, а также система сжатия изображений, предоставленная Французским космическим агентством CNES. Блок обработки данных упорядочивал камеры, управлял системой сжатия изображения и направлял поток данных. Данные хранились в твердотельном динамическом регистраторе данных 2 Гбит.

Миссия

Запуск Клементины Анимация траектории Клементины вокруг Луны с 19 февраля 1994 г. по 3 мая 1994 г.. Клементина ·Луна

в январе 25 декабря 1994 года "Клементина" была запущена из космического стартового комплекса 4 Запад на базе ВВС Ванденберг, Калифорния, с использованием ракеты-носителя Titan II. Миссия состояла из двух этапов. После двух облетов Земли выход на Луну был осуществлен примерно через месяц после запуска. Лунное картографирование проводилось в течение примерно двух месяцев и состояло из двух частей. Первая часть состояла из пятичасовой эллиптической полярной орбиты с перицентром около 400 км на 13 градусах южной широты и апоапсисом 8300 км. Каждая орбита состояла из 80-минутной фазы лунного картирования около перицентра и 139 минут нисходящей линии связи в апоапсисе.

После одного месяца составления карты орбита была повернута к перицентру на 13 градусе северной широты, где она оставалась еще один месяц. Это позволило получить глобальные изображения и альтиметрический охват от 60 ° южной широты до 60 ° северной широты, всего на 300 орбитах.

После перелета с Луны на Землю и еще двух облетов Земли космический корабль должен был направиться в 1620 Географос, прибыв на три месяца спустя для облета с номинальным приближением ближе чем на 100 км. К сожалению, 7 мая 1994 г., после первого перехода на орбиту Земли, из-за неисправности на борту корабля один из двигателей управления ориентацией сработал в течение 11 минут, израсходовав запас топлива и заставив Клементину вращаться со скоростью около 80 об / мин (см. информацию о проекте NASA Clementine ). В этих условиях пролет астероида не мог дать полезных результатов, поэтому космический корабль был выведен на геоцентрическую орбиту, проходя через радиационные пояса Ван Аллена, для проверки различных компонентов на борту.

Миссия закончилась в июне 1994 года, когда уровень мощности на борту упал до точки, когда телеметрия с космического корабля перестала быть понятной. Однако, «поскольку космический корабль случайно оказался в правильном положении для повторного включения, наземные диспетчеры смогли ненадолго восстановить контакт в период с 20 февраля по 10 мая 1995 года».

5 марта 1998 года НАСА объявило эти данные. полученные от Клементины, показали, что в полярных кратерах Луны воды достаточно, чтобы поддерживать человеческую колонию и ракетную заправочную станцию ​​(см. Эксперимент с бистатическим радаром).

Полностью развернутый концепт Клементины

Научные инструменты

Телескоп заряженных частиц (CPT)

Телескоп заряженных частиц (CPT) на Клементине был разработан для измерения потока и спектров энергичные протоны (3–80 МэВ ) и электроны (25–500 кэВ). Основными целями исследования были: (1) изучение взаимодействия хвоста магнитосферы Земли и межпланетных толчков с Луной; (2) мониторинг солнечного ветра в регионах, удаленных от других космических аппаратов, в рамках скоординированного исследования с участием нескольких миссий; и (3) измерить влияние падающих частиц на работоспособность солнечных элементов космического корабля и других датчиков.

Для соблюдения строгих ограничений по массе инструмента (<1 kg), it was implemented as a single element telescope. The telescope had a 10 degree half-angle field of view. The detector, a silicon surface-barrier type with an area of 100 mm and a thickness of 3 mm, was shielded so as to prevent protons below 30 MeV from reaching it from directions other than via the aperture. The aperture was covered by a very thin foil to prevent light impinging on the detector and generating noise. The signal from the detector was broken up into nine channels, the lowest six dedicated to electron detection and the highest three to protons and heavier ions.

Ультрафиолетовая / видимая камера

Гамма Рейнера Лунные завихрения на 750 нм, как было записано миссией Клементина

Ультрафиолетовая / видимая камера (УФ / видимая) была разработана для изучения поверхности Луны и астероида Географос на пяти различных длинах волн в ультрафиолетовом и видимом спектре. Встреча Географоса была отменена из-за неисправности оборудования. Этот эксперимент дал информацию о петрологических свойствах поверхностного материала на Луне, а также дал изображения, полезные для морфологических исследований и статистики кратеров. Большинство изображений были сделаны при малых углах Солнца, что полезно для петрологических исследований, но не для наблюдения за морфологией.

Датчик состоял из катадиоптрического телескопа с апертурой 46 мм и линз из плавленого кварца, сфокусированных на ПЗС-камеру Томпсона с покрытием с полосой пропускания 250–1000 нм и шестипозиционное колесо фильтра. На коротковолновом конце отклик был ограничен пропусканием и оптическим размытием линзы, а на длинном - откликом ПЗС. ПЗС-матрица была устройством передачи кадров, которое допускало три состояния усиления (150, 350 и 1000 электронов / бит). Время интегрирования варьировалось от 1 до 40 мс в зависимости от состояния усиления, угла солнечного освещения и фильтра. Центральные длины волн фильтра (и ширина полосы пропускания (FWHM)) составляли 415 нм (40 нм), 750 нм (10 нм), 900 нм (30 нм), 950 нм (30 нм), 1000 нм (30 нм) и широкополосный фильтр 400–950 нм. Поле зрения составляло 4,2 × 5,6 градуса, что соответствует ширине траектории около 40 км при номинальной высоте Луны 400 км. Размер массива изображений 288 × 384 пикселей. Разрешение пикселей варьировалось от 100 до 325 м во время одиночной съемки орбиты Луны. В Geographos разрешение пикселей было бы 25 м на ближайшем расстоянии 100 км, что дает размер изображения примерно 7 × 10 км. Камера сделала двенадцать изображений в каждой 1,3-секундной серии изображений, которые происходили 125 раз за 80-минутный интервал картирования в течение каждой пятичасовой лунной орбиты. Поверхность Луны была полностью покрыта во время двухмесячной фазы лунного картирования миссии. Динамический диапазон 15000. Отношение сигнал / шум варьировалось от 25 до 87 в зависимости от поверхности альбедо и фазового угла с относительной калибровкой 1% и абсолютной калибровкой 15%.

ПЗС-камера ближнего инфракрасного диапазона (NIR)

Камера ближнего инфракрасного диапазона (NIR) была разработана для изучения поверхности Луны и околоземного астероида 1620 Geographos на шести различных длинах волн в ближнем инфракрасном спектре. Этот эксперимент дал информацию о петрологии поверхностного материала на Луне. Встреча с Географосом была отменена из-за неисправности оборудования.

Камера состояла из катадиоптрической линзы, которая фокусировалась на механически охлаждаемой (до температуры 70 K ) матрице фокальной плоскости Amber InSb CCD с полосой пропускания 1100–2800 нм и шестипозиционное колесо фильтра. Центральные длины волн фильтра (и ширина полосы пропускания (FWHM)) составляли: 1100 нм (60 нм), 1250 нм (60 нм), 1500 нм (60 нм), 2000 нм (60 нм), 2600 нм (60 нм) и 2780 нм (120 нм). Апертура составляла 29 мм при фокусном расстоянии 96 мм. Поле обзора составляло 5,6 × 5,6 градуса, что давало поперечную ширину около 40 км при номинальной высоте Луны 400 км. Луна имела полное картографическое покрытие в течение двухмесячной лунной фазы миссии. Размер массива изображений составляет 256 × 256 пикселей, а разрешение пикселей варьировалось от 150 до 500 м во время однократного картирования орбиты Луны. (В Geographos разрешение пикселей составляло бы 40 м при ближайшем приближении, что давало бы размер изображения примерно 10 × 10 км.) Камера сделала двенадцать изображений в каждой 1,3-секундной серии изображений, которые выполнялись 75 раз за 80-минутный интервал отображения во время каждого пятичасовая лунная орбита. Динамический диапазон 15000. Отношение сигнал / шум варьировалось от 11 до 97 в зависимости от альбедо поверхности и фазового угла, с относительной калибровкой 1% и абсолютной калибровкой 30%. Прирост варьировался от 0,5 до 36 раз.

Система обнаружения и определения дальности лазерного изображения (LIDAR)

Измерения рельефа, сделанные с помощью LIDAR

Эксперимент по обнаружению и определению дальности лазерного изображения Clementine (LIDAR ) был разработан для измерения расстояния от космический корабль в точку на поверхности Луны. Это позволит составить альтиметрическую карту, которую можно использовать для ограничения морфологии крупных бассейнов и других лунных объектов, изучения напряжений, деформаций и свойств изгиба литосферы, а также можно комбинировать с гравитацией для изучения распределения плотности в литосфере. корочка. Эксперимент также был разработан для измерения расстояний до поверхности Geographos, но этот этап миссии был отменен из-за неисправности.

Система LIDAR состояла из лазерного излучателя на Nd-YAG (иттрий -алюминий-гранат) 180 мДж, длина волны 1064 нм, который передавал импульсы на поверхность Луны. Лазер давал импульс длительностью менее 10 нс. На длине волны 1064 нм импульс имел энергию 171 мДж с расходимостью менее 500 микрорад. На длине волны 532 нм он имел импульс 9 мДж с расходимостью 4 миллирада. Отраженный импульс прошел через телескоп камеры высокого разрешения, где он был разделен дихроичным фильтром на кремниевый лавинный фотодиодный детектор. Детектор представлял собой одиночный SiAPD-приемник с ячейкой 0,5 × 0,5 мм с полем зрения 0,057 кв. Градуса. Лазер имел массу 1250 г, приемник размещался в камере HIRES весом 1120 г. Время прохождения импульса дало дальность до поверхности. Память LIDAR может сохранять до шести обнаружений возврата на одно срабатывание лазера с установленным порогом для наилучшего компромисса между пропущенными обнаружениями и ложными тревогами. Возвраты сохранялись в ячейках диапазона размером 39,972 м, что соответствует разрешающей способности 14-битного счетчика часов. Лидар имеет номинальную дальность действия 500 км, но альтиметрические данные были собраны для высот до 640 км, что позволило охватить расстояние от 60 градусов южной широты до 60 градусов северной широты к концу лунной фазы миссии. Разрешение по вертикали составляет 40 м, а по горизонтали разрешение пятна около 100 м. Поперечный интервал измерений на экваторе составлял около 40 км. Одно измерение производилось каждую секунду в течение 45-минутного периода на каждой орбите, что давало расстояние вдоль пути 1-2 км.

Камера высокого разрешения (HIRES)

Камера высокого разрешения Clementine состояла из телескопа с усилителем изображения и формирователя изображения CCD с переносом кадров. Система визуализации была разработана для изучения отдельных участков поверхности Луны и сближающегося с Землей астероида 1620 Географос, хотя встреча с астероидом была отменена из-за неисправности. Этот эксперимент позволил детально изучить поверхностные процессы на Луне и в сочетании со спектральными данными позволил проводить композиционные и геологические исследования с высоким разрешением.

Устройство формирования изображения представляло собой усиленную камеру ПЗС Томпсона с шестипозиционным колесом фильтров. Набор фильтров состоял из широкополосного фильтра с полосой пропускания от 400 до 800 нм, четырех узкополосных фильтров с центральной длиной волны (и шириной полосы пропускания (FWHM)) 415 нм (40 нм), 560 нм (10 нм)., 650 нм (10 нм) и 750 нм (20 нм) и 1 непрозрачная крышка для защиты усилителя изображения. Поле зрения составляло 0,3 x 0,4 градуса, что соответствует ширине около 2 км при номинальной высоте Луны 400 км. Размер массива изображений составляет 288 × 384 пикселей (размер пикселя 23 × 23 микрометра), поэтому разрешение пикселей на Луне составляло 7–20 м в зависимости от высоты космического корабля. (В Geographos разрешение было бы <5 m at closest approach.) The clear aperture was 131 mm and the focal length was 1250 mm. The nominal imaging rate was about 10 frames per second in individual image bursts covering all filters at the Moon. The high resolution and small field of view only allowed coverage of selected areas of the Moon, in the form of either long, narrow strips of a single color or shorter strips of up to four colors. The instrument has a signal to noise ratio of 13 to 41 depending on the albedo and phase angle, with a 1% relative calibration and a 20% absolute calibration, and a dynamic range of 2000.

. Телескоп камеры высокого разрешения использовался совместно с инструментом LIDAR. Возвратный лазерный луч с длиной волны 1064 нм был разделен на приемник LIDAR (лавинный фотодиодный детектор) с помощью дихроичного фильтра..

Изображения, полученные с HIRES, можно просмотреть в программе NASA World Wind.

Четыре ортогональных вида Луны
Ближняя сторонаЗадняя сторонаДальняя сторонаПередняя сторона
0 °90 °180 °270 °
PIA00302 PIA00303 PIA00304 PIA00305
Полярные регионы (орфографические, с центром на полюсе)
Северный полюсЮжный полюс
PIA00002 PIA00001

Эксперимент с бистатическим радаром

«Бистатический радар Эксперимент», импровизированный во время миссии был разработан для поиска свидетельств лунной воды на полюсах Луны. Радиосигналы от передатчика зонда Clementine были направлены в северные и южные полярные области Луны, а их отражения были обнаружены Deep Приемники Space Network на Земле. Анал Анализ величины и поляризации отраженных сигналов предполагал присутствие летучих льдов, интерпретируемых как водяной лед, в почвах на поверхности Луны. Было объявлено о возможной залежи льда, эквивалентной значительному озеру. Однако более поздние исследования, проведенные с использованием радиотелескопа Аресибо, показали аналогичные модели отражений даже от областей, не находящихся в постоянной тени (и в которых такие летучие вещества не могут сохраняться), что привело к предположению, что результаты Клементины были неверно истолкованы и, вероятно, были вызваны к другим факторам, таким как шероховатость поверхности.

После лунной миссии

7 мая 1994 года (UTC) Клементина испытала сбой компьютера после того, как покинула лунную орбиту. Неудача привела к тому, что он израсходовал оставшееся топливо, раскрутив космический корабль до 80 оборотов в минуту. Он использовался на геоцентрической орбите до конца своей миссии, но полет с астероидом был прерван.

Ссылки

  1. ^ https://www.nasa.gov/connect/ebooks/beyond_earth_detail.html
  2. ^Clementine Bistatic Radar Experiment, NASA
  3. ^Ice on the Moon, NASA
  4. ^Ice on the Bone Dry Moon, Пол Д. Спудис, декабрь 1996 г.
  5. ^ НАСА - Клементина

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с Клементина (космический корабль).
  • Портал космических полетов
Последняя правка сделана 2021-05-15 11:03:03
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте