클레멘타인 (우주선)

Clementine (spacecraft)
이 기사는 미국의 달 탐사선에 관한 것이다.프랑스 위성은 클레멘타인(위성)을 참조하십시오.
클레멘타인
Clementine lunar.jpg
클레멘타인
미션 타입기술 데모
달 궤도선
소행성 탐사선
교환입니다.BMDO / NASA
COSPAR ID1994-004a Edit this at Wikidata
새캣22973
미션 기간115일
우주선 속성
제조원해군 연구소
발사 질량424kg (935파운드)
건조 질량227kg (500파운드)
힘1,850 와트
임무 개시
발매일1994년 1월 25일 16:34:00(1994-01-25)UTC16:34Z) UTC
로켓타이탄 II(23)g
발사장소반덴베르크 SLC-4W
임무 종료
마지막 연락처1995년 5월 10일 (1995-05-11)[1]
궤도 파라미터
레퍼런스 시스템셀레노 중심
반장축5,180.0km(3,180.9mi)
편심0.36
페리셀렌 고도2,143km(1,343mi)
아포셀렌 고도4,594 km (2,855 mi)
기울기90°
기간300분
달 궤도선
궤도 삽입1994년 2월 21일
궤도 이탈1994년 5월 3일
인스트루먼트
하전 입자 망원경
자외선/가시 카메라
근적외선 CCD카메라(NIR)
레이저 이미지 검출 및 레인징(LIDAR) 시스템
고해상도 카메라(HIES)

클레멘타인은 1994년 1월 25일 발사된 탄도미사일방어기구(이전의 전략방위구상기구)와 NASA의 공동 우주 프로젝트였다.그것의 목적은 우주에 장기간 노출되어 센서와 우주선 부품을 테스트하고 달과 가까운 지구 소행성 1620 지오지오스를 과학적으로 관찰하는 것이었다.

결과.

이 소행성은 우주선 고장으로 관측되지 않았다.

달 관측에는 자외선과 적외선뿐만 아니라 가시적인 다양한 파장에서의 영상 촬영, 레이저 측거 고도 측정, 중량 측정, 하전 입자 측정 등이 포함되었다.이러한 관측은 달 표면의 다중 스펙트럼 이미징을 얻고, 달의 표면 광물학을 평가하며, 위도 60N에서 60S까지의 고도계를 얻고, 근방에 대한 중력 데이터를 얻기 위한 목적이었다.또한 Geographyos의 크기, 모양, 회전 특성, 표면 특성 및 크레이터 통계를 이미지화하고 결정할 계획도 있었다.

인스트루먼트

먼 곳의 달과 금성의 클레멘타인 스타 트래커 그림

클레멘타인은 UV/Visible 카메라, 근적외선 카메라, 장파장 적외선 카메라, 고해상도 카메라, 스타 트래커 카메라 2대, 레이저 고도계, 하전 입자 망원경 등 7가지 실험을 탑재했다.S-밴드 트랜스폰더는 통신, 추적 및 중량 측정 실험에 사용되었습니다.이 프로젝트의 이름은 "오 마이 달링, 클레멘타인"이라는 노래에서 따온 클레멘타인이라고 지었는데, 이는 우주선이 임무를 수행한 후 "영원히 길을 잃고 사라지게 될 것"이기 때문이다.

우주선 설계

이 우주선은 높이 1.88m, 폭 1.14m의 팔각형 프리즘으로, 프리즘의 축과 평행한 반대편에 두 개의 태양 전지판이 돌출되어 있었다.프리즘의 한쪽 끝에는 42인치(1,100mm)의 고이득 고정 접시 안테나가, 다른 한쪽 끝에는 489N 스러스터가 있었습니다.센서 개구부는 모두 태양 전지판에서 90도 떨어진 8개의 패널 중 하나에 함께 위치해 단일 센서 커버로 보호되었습니다.

우주선 추진 시스템은 자세 제어를 위한 단일 추진제 히드라진 시스템과 우주에서 기동하기 위한 2추진제 사산화질소 및 모노메틸 히드라진 시스템으로 구성되었다.이원제 시스템은 총 델타-v 능력이 약 1,900m/s였고 달 삽입에는 약 550m/s, 달 출발에는 약 540m/s가 필요했다.

자세 제어는 12개의 소형 자세 제어 제트, 2개의 스타 트래커 및 2개의 관성 측정 장치로 이루어졌다.이 우주선은 반작용 바퀴를 통해 달 궤도에서 3축으로 안정화됐으며 제어 정밀도는 0.05도, 지식은 0.03도였다.전원은 짐벌 처리된 단일 축 GaAs/Ge 태양 전지판에 의해 공급되었으며, 이 태양 전지에는 15A/h, 47W/h/kg 니하우(Ni-H)의 공통 압력 용기 배터리가 충전되었습니다.

우주선 데이터 처리는 세이브 모드, 자세 제어 및 하우스키핑 조작을 위한 MIL-STD-1750A 컴퓨터(1.7MIPS), 화상 처리 및 자율 조작을 위한 RISC 32비트 프로세서(18MIPS) 및 프랑스 우주국 CNES가 제공하는 화상 압축 시스템을 사용하여 수행되었다.데이터 처리부는, 카메라의 시퀀싱을 실시해, 화상 압축 시스템을 동작시켜, 데이터 플로우를 지시한다.데이터는 2기가비트 동적 솔리드 스테이트 데이터 레코더에 저장되었습니다.

미션

클레멘타인 발사
1994년 2월 19일부터 1994년 5월 3일까지 클레멘타인의 달 궤도 애니메이션
클레멘타인· 달

1994년 1월 25일, 클레멘타인은 캘리포니아 반덴버그 공군 기지의 우주발사 4단지 웨스트에서 타이탄 II 발사체를 사용하여 발사되었다.그 임무는 두 단계로 이루어졌다.두 번의 지구 비행 후, 달 삽입은 발사 후 약 한 달 후에 이루어졌다.달 지도 제작은 약 두 달에 걸쳐 두 부분으로 이루어졌다.첫 번째 부분은 남위 13도에서 약 400km의 근점과 8300km의 근점인 5시간 타원형 극궤도로 구성되었다.각 궤도는 근점 부근에서 80분간의 달 지도 단계와 원점 부근에서 139분간의 다운링크 단계로 구성되었다.

한 달간의 지도 제작 후, 궤도는 북위 13도에서 근점까지 회전하여 한 달 더 머물렀다.이를 통해 총 300개 궤도에 걸쳐 남쪽 60°에서 북쪽 60°까지 전역 영상 및 고도 측정을 수행할 수 있었다.

달에서 지구로의 이동과 두 번의 지구 통과 이후, 우주선은 1620 지오지오스로 향할 예정이었고, 3개월 후 100km에 가까운 명목상의 접근과 함께 근접 통과를 위해 도착했다.불행하게도, 1994년 5월 7일, 첫 번째 지구 이동 궤도 이후, 우주선에 탑재된 오작동으로 인해 11분 동안 자세 제어 추진기 중 하나가 점화되어 연료 공급을 다 쓰고 클레멘타인이 약 80rpm으로 회전하게 되었다(NASA 클레멘타인 프로젝트 정보 참조).이러한 조건하에서, 소행성 통과는 유용한 결과를 낼 수 없었기 때문에, 우주선은 선상의 다양한 구성 요소를 테스트하기 위해 반 앨런 방사 벨트를 통과하는 지구 중심 궤도에 놓였다.

이 임무는 1994년 6월 우주선으로부터의 원격 측정이 더 이상 알아들을 수 없을 정도로 동력 수준이 떨어지면서 끝났다.그러나 "우주선이 운 좋게 다시 전원을 켜는 올바른 자세를 취했기 때문에 지상 관제사들은 1995년 [1]2월 20일에서 5월 10일 사이에 잠시 연락을 취할 수 있었다."

1998년 3월 5일, NASA는 클레멘타인으로부터 얻은 데이터가 달의 극지 크레이터에 인간 식민지와 로켓 연료 공급소를 지탱하기에 충분한 물이 있다는 것을 보여주었다고 발표했다. (Bistatic Radar Experiment 참조).

클레멘타인 전개에 대한 아티스트의 개념

과학 기구

하전입자망원경(CPT)

클레멘타인의 하전 입자 망원경(CPT)은 에너지 양성자(3–80 MeV)와 전자(25–500 keV)의 플럭스와 스펙트럼을 측정하도록 설계되었다.조사의 주요 목표는 (1) 지구의 자기장과 행성 간 충격의 상호 작용을 연구하는 것, (2) 다중위원회 공동 연구의 일환으로 다른 우주선에서 멀리 떨어진 지역의 태양풍을 감시하는 것, (3) 우주선의 작동 능력에 대한 입사 입자의 영향을 측정하는 것이었다.태양 전지와 다른 센서들.

계측기의 질량에 대한 엄격한 제한(<1 kg)을 충족하기 위해 단일 요소 망원경으로 구현되었습니다.그 망원경은 10도의 반각 시야를 가지고 있었다.면적이 100mm이고2 두께가 3mm인 실리콘 표면 장벽형 검출기는 30MeV 미만의 양성자가 개구부를 경유하지 않는 방향에서 도달하는 것을 방지하기 위해 차폐되었다.구멍은 매우 얇은 포일로 덮여 빛이 검출기에 충돌하여 소음이 발생하는 것을 방지했습니다.검출기의 신호는 9개의 채널로 나누어져 있는데, 가장 낮은 6개는 전자 검출 전용 채널이고, 가장 높은 3개는 양성자와 무거운 이온이다.

자외선/가시 카메라

클레멘타인 임무가 기록한 750nm의 레이너 감마달 소용돌이

자외선/가시 카메라(UV/Vis)는 자외선과 가시 스펙트럼의 5가지 파장에서 달과 소행성 지오그래피오스의 표면을 연구하기 위해 고안되었다.Geographyos 랑데뷰는 장비 고장으로 인해 취소되었습니다.이 실험은 형태학 연구와 분화구 통계에 유용한 이미지를 제공할 뿐만 아니라 달 표면 물질의 암석학적 특성에 대한 정보를 제공했다.대부분의 이미지는 낮은 태양 각도로 촬영되었으며, 이는 암석학 연구에 유용하지만 형태학 관찰에는 유용하지 않다.

센서는 구경 46mm의 반사광 망원경과 250-1000nm 대역 패스와 6개 위치 필터 휠을 가진 코팅된 톰슨 CCD 카메라에 초점을 맞춘 퓨전 실리카 렌즈로 구성되었습니다.파장 응답은 렌즈의 투과와 광학적 흐림에 의해 단파장 끝에서 제한되었고, 장파장 응답은 CCD 응답에 의해 제한되었습니다.CCD는 3개의 게인 상태(150, 350 및 1000 전자/비트)를 허용하는 프레임 전송 장치입니다.통합 시간은 이득 상태, 태양 조명 각도 및 필터에 따라 1~40ms까지 다양했다.필터 중심 파장(및 밴드 패스 폭(FWHM)은 415 nm(40 nm), 750 nm(10 nm), 900 nm(30 nm), 950 nm(30 nm), 1000 nm(30 nm) 및 400 ~950 nm의 광대역필터입니다시야는 4.2 × 5.6도였으며, 이는 명목상 달 고도 400km에서 약 40km의 교차 선로 폭을 의미한다.이미지 배열은 288 x 384 픽셀이었다.픽셀 분해능은 달에서 단일 궤도 지도를 실행하는 동안 100-325m까지 다양했다.Geographyos에서 픽셀 해상도는 100km 가까이 접근했을 때 약 7 × 10km의 이미지 크기를 제공하는 25m가 될 것이다.카메라는 1.3초마다 12개의 영상을 촬영했으며, 이 영상은 달 궤도 5시간 동안 80분의 지도 제작 기간 동안 125회 발생했다.달 표면은 2개월간의 달 탐사 단계에서 완전히 가려졌다.다이내믹 범위는 15,000이었습니다.신호 대 잡음 비는 표면 알베도와 위상각에 따라 25–87로 변화했으며, 상대 교정은 1%이고 절대 교정은 15%였다.

근적외선 CCD 카메라(NIR)

클레멘타인 근적외선 카메라 (NIR)는 근적외선 스펙트럼의 6가지 다른 파장에서 달 표면과 지구근접 소행성 1620 지오메티오스를 연구하기 위해 고안되었다.이 실험은 달 표면 물질의 암석학에 대한 정보를 제공했다.장비 고장으로 지오그래스와의 랑데뷰가 취소되었다.

카메라는 기계적으로 냉각된(70K 온도까지) 1100~2800nm 대역 패스를 가진 황색 InSb CCD 초점 평면 어레이에 초점을 맞춘 반사광 렌즈와 6개 위치 필터 휠로 구성되었습니다.필터 중심 파장(및 밴드 패스 폭(FWHM)은 1100 nm(60 nm), 1250 nm(60 nm), 1500 nm(60 nm), 2000 nm(60 nm), 2600 nm(60 nm), 및 2780 nm(120 nm)입니다.개구부는 29mm였고 초점거리는 96mm였다.시야는 5.6 × 5.6도로, 명목상 달 고도 400km에서 약 40km의 교차 선로 폭을 제공하였다.달 탐사선은 달 탐사 2개월 동안 지도 제작이 완료됐다.이미지 배열은 256 × 256 픽셀이며, 픽셀 해상도는 달에서 단일 궤도 매핑 실행 중 150 ~ 500 m에서 변화했다. (Geographyos에서는 픽셀 해상도는 가장 가까운 곳에서 40 m로 이미지 크기를 약 10 × 10 km로 제공했을 것이다.카메라는 1.3초마다 12개의 이미지를 촬영했으며, 이 영상은 달 궤도 5시간 동안 80분 동안 75번 발생했다.다이내믹 범위는 15,000이었습니다.신호 대 잡음 비는 표면 알베도와 위상각에 따라 11–97에서 변화했으며, 상대 교정은 1%이고 절대 교정은 30%였다.상승폭은 0.5배에서 36배까지 다양했다.

레이저 이미지 검출 및 레인징(LIDAR) 시스템

LIDAR에 의한 릴리프 측정

클레멘타인 레이저 영상 탐지 및 거리 측정(LIDAR) 실험은 우주선으로부터 달 표면의 한 지점까지의 거리를 측정하기 위해 고안되었다.이것은 큰 분지와 다른 달의 특징의 형태학을 제한하고, 암석권의 응력과 변형과 휨 특성을 연구하는데 사용될 수 있는 고도 측정 지도를 만들 수 있고, 지각의 밀도 분포를 연구하기 위해 중력과 결합될 수 있습니다.이 실험은 또한 지오그래스 표면까지의 거리를 측정하기 위해 고안되었지만, 이 단계의 임무는 오작동으로 인해 취소되었다.

LIDAR 시스템은 180mJ, 1064nm 파장 Nd-YAG(Yttrium-Aluminum-Garnet) 레이저 송신기로 구성돼 달 표면에 펄스를 전송했다.레이저가 10ns 미만의 폭을 가진 펄스를 생성했습니다.1064nm 파장에서 펄스는 171mJ의 에너지와 500마이크로라드 미만의 발산을 가지고 있었다.532nm에서는 9mJ 펄스에 4밀리라드 발산이 있었습니다.반사된 펄스는 고해상도 카메라 망원경을 통해 이동했고, 이 망원경은 이색 필터에 의해 실리콘 눈사태 포토다이오드 검출기로 분리되었습니다.검출기는 0.057 평방도의 시야를 가진 단일 0.5 × 0.5 mm 셀 SiAPD 수신기였다.레이저의 질량은 1250g, 리시버는 1120g HIES 카메라에 내장되어 있습니다.펄스의 이동 시간은 표면에 범위를 부여했다.LIDAR 메모리는 레이저 발사마다 최대 6개의 리턴 검출을 저장할 수 있으며, 검출 누락과 오보를 최대한 절충하기 위해 임계값을 설정할 수 있습니다.반환값은 14비트 클럭 카운터의 분해능과 동일한 39.972m 범위 빈에 저장되었습니다.LIDAR의 공칭 범위는 500km이지만, 최대 640km의 고도에 대한 고도 데이터가 수집되어 임무의 달 단계가 끝날 때까지 남위 60도에서 북위 60도까지 도달 가능했다.수직 분해능은 40m, 수평 스폿 분해능은 약 100m입니다.적도에서 측정한 가로 방향 간격은 약 40km였다.각 궤도 동안 45분 동안 초당 한 번씩 측정하여 트랙 간격을 1-2km로 유지했습니다.

고해상도 카메라(HIRE)

클레멘타인 고해상도 카메라는 영상 증폭기가 있는 망원경과 프레임 전송 CCD 이미저로 구성되었다.이 영상촬영 시스템은 비록 소행성 랑데뷰가 오작동으로 취소되었지만 달 표면의 일부와 지구에 가까운 소행성 1620 지오지오스를 연구하기 위해 고안되었다.이 실험은 달의 표면 과정을 자세히 연구할 수 있게 했고 스펙트럼 데이터와 결합되어 고해상도 구성 및 지질학 연구를 가능하게 했다.

이미저는 6개 위치 필터 휠이 있는 강화 Thompson CCD 카메라였습니다.필터 세트는 밴드 패스가 400~800 nm인 광대역필터, 중심 파장이 415 nm(40 nm), 560 nm(10 nm), 650 nm(10 nm), 750 nm(20 nm)인 협대역필터 4개와 이미지 인텐시파이어를 보호하기 위한 불투명 커버 1개로 구성되어 있습니다.시야는 0.3 x 0.4도로, 명목상 달 고도 400km에서 약 2km의 너비로 환산되었다.이미지 배열은 288 x 384 픽셀(23 x 23 마이크로미터 픽셀 크기)이므로 달의 픽셀 해상도는 우주선 고도에 따라 7-20m였습니다.(Geographyos에서 해상도는 가장 가까운 곳에서 5m 미만이었을 것입니다.)투명 개구부는 131mm였고 초점거리는 1250mm였다.공칭 이미징 속도는 달의 모든 필터를 포함하는 개별 이미지 버스트에서 초당 약 10프레임이었습니다.고해상도와 작은 시야는 달의 일부 영역만을 길고 좁은 단색 띠 또는 최대 4색 띠의 짧은 띠 형태로 커버할 수 있게 했다.계측기의 신호 대 노이즈 비는 알베도 및 위상각에 따라 13 ~ 41이며, 상대 교정은 1%이고 절대 교정은 20%이며 동적 범위는 2000입니다.

고해상도 카메라의 망원경은 LIDAR 기기로 공유되었습니다.1064 nm 레이저 리턴은 이분법 필터를 사용하여 LIDAR 수신기(눈사태 포토다이오드 검출기)로 분할되었습니다.

HIES의 이미지는 NASA World Wind 소프트웨어에서 볼 수 있습니다.

달의 사각형
가까운 쪽 후행측 반대쪽 선행측
0° 90° 180° 270°
PIA00302 PIA00303 PIA00304 PIA00305
극지방(지식, 극 중심)
북극 남극
PIA00002 PIA00001

쌍방향 레이더 실험

임무 수행 중 즉흥적으로 만들어진 "Bistatic Radar Experiment"는 달의 극지방에서 달의 물이 존재한다는 증거를 찾기 위해 고안되었다.클레멘타인 탐사선의 송신기로부터의 무선 신호는 달의 북극과 남극 지역을 향했고, 지구의 딥 스페이스 네트워크 수신기에 의해 그 반사가 감지되었다.반사 신호의 크기와 편파 분석 결과 달 표면 토양에 물 얼음을 포함한 휘발성 얼음이 존재하는 것으로 나타났다.크기가 큰 호수에 맞먹는 얼음 퇴적 가능성이 발표되었습니다.그러나 아레시보 전파망원경을 사용한 이후 연구에서는 영구적인 그늘에 있지 않은 영역(그리고 그러한 휘발성 물질이 지속할 수 없는 영역)에서도 유사한 반사 패턴을 보여 클레멘타인의 결과가 잘못 해석되었고 표면 [2][3][4]거칠기와 같은 다른 요인에 의한 것일 수 있음을 시사했다.

달 탐사 후

1994년 5월 7일(UTC) 클레멘타인은 달 [5]궤도를 벗어난 후 컴퓨터 장애를 경험했다.이 실패는 우주선을 [5]분당 최대 80회 회전시키면서 남아있는 추진체를 소진하게 만들었다.그것은 임무가 끝날 때까지 지구 중심 궤도에서 사용되었지만, 소행성 여행은 5월 [5]2일 중단되었다.

아티팩트

클레멘타인 우주선의 엔지니어링 모델은 워싱턴 [6]DC의 항공 우주 박물관에 걸려 있다.

레퍼런스

  1. ^ a b "Beyond Earth: A Chronicle of Deep Space Exploration". September 20, 2018.
  2. ^ NASA, 클레멘타인 Bistatic 레이더 실험
  3. ^ NASA, 달의 얼음
  4. ^ '본 드라이문'의 얼음, 폴 D.스푸디스, 1996년 12월
  5. ^ a b c NASA - 클레멘타인
  6. ^ "Clementine, Engineering Model". Retrieved May 24, 2021.

외부 링크

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