Til hovedsiden
    

   
    Bli medlem
    Siste nytt
    Artikler
    Bildeserier
    Temasider
    Bildearkiv
    Foredrag
    Effekter til salgs
    Lenker
    Spørsmål og svar
    Spør oss
    Prosjektoppgave
    Om oss
    NAF på Facebook
    Kontakt oss
    Nettstedskart
    Hovedsiden
Trykk for å lese mer om sitatet
 

Tilbake til Månen med Clementine

Av Øyvind Guldbrandsen

 

Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 24. årgang, nummer 90, april-juni 1994, sidene 16-19 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.

Skriv ut

Tips bekjent

 

Mange håper at Clementine-prosjektet skal markere starten på en ny æra innen utforskningen av Solsystemet med ubemannede romsonder. Clementine-sonden har utmerket seg ved å ha blitt utviklet, bygd og skutt opp i løpet av meget kort tid og relativt sett til en meget billig penge. Likevel har de vitenskapelige resultatene vært overveldende.

Da romsonden Clementine 1 ble skutt opp den 25. januar 1994, var det kun gått 22 måneder siden prosjektet ble satt igang, og den relativt beskjedne sum av 55 millioner dollar var blitt brukt til å konstruere og bygge sonden. Dette står uomtvistelig i kontrast til prosjekter som Galileo og Mars Observer. Disse prosjektene brukte rundt et tiår på å komme seg fra tegnebordet og ut til et til dels dystert møte med verdensrommet, og kostnadene har ligget på oppimot én milliard dollar eller mer.

Oppskytingen av Clementine ble besørget av en Titan 2G-bærerakett, en rakett som de siste 25 årene hadde stått i en silo i Arkansas, parat til å fly av gårde og sprenge en eller annen russisk by i filler. Kjøpet av Titan 2-raketten og arbeidet med å oppgradere den fra et interkontinentalt rakettvåpen til bærerakett kostet 20 millioner dollar, også dét temmelig rimelig for en såpass stor bærerakett. I tillegg var et par millioner dollar bevilget til bakkekontrollarbeid, slik at de samlede bevilgninger til prosjektet nærmet seg 80 millioner dollar da Clementine i begynnelsen av mai uheldigvis gjorde snurrebass av seg, slik at en planlagt asteroidepassering måtte avlyses.

Clementine ble skutt opp fra Vandenbergbasen på USAs vestkyst, altså på motsatt side av USA enn det romfergene og de fleste andre amerikanske romfartøy blir skutt opp fra, og inn i en 255 km x 300 km høy parkeringsbane inklinert 67° til ekvator. Clementines masse var da på 1687 kg, hvorav en Star 37FM faststoffmotor utgjorde rundt 70 %. Uten faststoffmotoren har Clementine en masse på 462,4 kg fullastet med drivstoff og en tørrmasse på 230,4 kg. Faststoffmototen ble den 3. februar brukt til å sende Clementine inn i en meget eksentrisk jordbane som etter hvert brakte sonden inn mot Månen nærhet.

Nyskapende konstruksjon

Hele sondens konstruksjon utmerker seg ved den gjennomførte bruken av lettvekts- og miniatyrisert teknologi. For eksempel er deler av sonden konstruert av karbonfiber i stedet for aluminium. Solcellene av gallium-arsenid/germanium er bare 0.14 mm tykke. De gir en energi på 301 W/m2, til sammen 350 W. Energien lagres i CPV-konstruerte nikkel-hydrogenbatterier med en lagringskapasitet på 47 Wh/kg, det dobbelte av tidligere batterikonstruksjoner.

Sonden er treaksestabilisert, bortsett fra at den ble satt i rotasjon for spinnstabilisering da Star 37FM-motoren ble avfyrt. Clementine benytter drivstoffkombinasjonen nitrogentetraoksid og monometylhydrasin for baneendringer og hadde nok drivstoff for å gjennomføre hastighetsendringer på 1,8 km/s. 1,1 km/s av denne kapasiteten ble brukt til å komme inn og ut av månebane, mens resten var avsatt til mindre banejusteringer. I tillegg benyttet Clementine (før alt plutselig ble brukt opp) hydrasin til stillignskontrolldysene. Stillingskontroll blir også opprettholdt ved svinghjulgyroer og overvåket av både et ringlasergyroskop og et interferometrisk fiberoptisk gyroskop i kombinasjon med et stjernekamera. Stjernekameraet har en masse på 370 g, et synsfelt på 29° x 43° og benytter en CCD-brikke med 384 x 576 bildeelementer. Clementines orientering i rommet blir detektert ved å sammenligne det stjernefeltet stjernekameraet ser, med et stjernekart lagret i hukommelsen på en av Clementines datamaskiner. Clementine benytter kun de sterkeste stjernene for å minimalisere plassbehovet for sjernekartet i datahukommelsen.

Instrumentering

Clementine er utstyrt med fem instrumenter. Det første er et 500 g ultrafiolett/visuelt kamera som benytter en fosforbelagt silikon CCD-brikke med 384 x 288 bildeelementer, det vil si bildene fra det får omtrent samme oppløsning (og format) som et Super-VHS stillbilde. Kameraet er følsomt for bølgelengder mellom 0,3 og 1,1 mikrometer og har et filterhjul med seks forskjellige fargede filtre innebygd. Synsfeltet er på 4,2° x 5,6° og kameraet kan om nødvendig ta opptil 30 bilder i sekundet. Kartleggingsbildene av Månen har en oppløsning på 125-325 m. For hvert omløp ble en nord-sør-gående stripe med en bredde på 50-125 km dekket, bred nok til delvis å overlappe den påfølgende og etterfølgende kartleggingsstripen.

Det andre instrumentet er et nærinfrarødt kamera på 1,6 kg med en detektor på 256 x 256 bildeelementer. Kameraet er utstyrt med seks filterhjul som slipper inn stråling på bølgelenger mellom 1,1 og 2,78 mikrometer. Synsfeltet er på 5,6° x 5,6°, noe som gav en oppløsning på 200-500 m. Sammen med det ultrafiolette/visuelle kameraet ble det nærinfrarøde kameraet brukt til å kartlegge praktisk talt hele måneoverflaten i til sammen 11 spektralbånd.

Et 1,65 kg fjern-infrarødt kamera utgjør det tredje instrumentet. Dette har en detektor på 128 x 128 bildeelementer, et synsfelt på 1° x 1° og ga en oppløsning av Månen på rundt 100 m. Instrumentet ble brukt til termisk kartlegging og er spesielt velegnet til å detektere kalde objekter med verdensrommet som bakgrunn. Kameraet er utstyrt med en aktiv kjølemekanisme som holder temperaturen konstant under 65 K.

Det fjerde og femte instrumentet deler den samme 13,1 cm, f/9,5 Cassegrain-optikken og består av en laserhøydemåler (lidar) og et høyoppløsningskamera på til sammen 1,25 kg. Lidaren kan bestemme avstanden til en overflate med en nøyaktighet på 40 m og har en rekkevidde på omtrent 500 km. Det fungerer ved å sende laserimpulser én gang i sekundet og måle tiden det tar før disse blir reflektert. I en høyhastighetsmodus kan 400 pulser sendes over en 10 sekunders periode. Bare områdene mellom 60° nordlig og sydlig breddegrad kunne kartlegges med lidaren.

Høyoppløsningskameraet har en CCD-brikke på 288 x 384 bildeelementer og er følsomt for bølgelengder mellom 0,4 og 0,8 mikrometer, grovt sett det samme som er tilfelle med et menneskeøye. Synsfeltet er på 0,3° x 0,4°. Dette kameraet ble bare brukt til å kartlegge utvalgte deler av måneoverflaten, og gav en oppløsning på mellom 10 og 30 m.

Ikke NASA-ferd

Til forskjell fra omtrent samtlige tidligere amerikanske romferder bort fra Jorden (med unntak av de aller første årene av romalderen) er det ikke NASA, men det amerikanske forsvarsdepartementet som har ansvaret for Clementine-prosjektet. Hensikten med prosjektet var heller ikke primært å undersøke Månen, men å teste sensor- og diverse annen teknologi utviklet i det såkalte Star Wars-programmet. Først og fremst ønsket man å teste teknologi beregnet på å detektere og følge interkontinentale rakettvåpen i og utenfor atmosfæren. Denne teknologien er blant annet utviklet i forbindelse med det såkalte Brilliant Eyes-programmet.

Under planleggingen av prosjektet fant man ut at å sende Clementine til en asteroide og teste sensorene på den, ville være billigere enn å sende opp en interkontinental rakett for å imitere et fiendtlig rakettvåpen. Dermed unngikk man også å komme i konflikt med ABM-avtalen, som setter restriksjoner på den slags tester av antiraketteknologi. Avtalen har nemlig ingen forbud mot å teste ABM-teknologi på naturlige objekter, for eksempel en asteroide. En to måneders kartleggingsfase av Månen for å demonstrere sensorytelser ble senere tilføyd i Clementines ferdplan.

NASA har i 20 år snakket om å sende en sonde til Månen for endelig å få utført en global kartlegging av den. Resultatet har blitt en masse papirprosjekter, men ingen faktiske ferder, heller ikke for de nærmeste årene. Med Clementine bød det seg imidlertid uventet og plutselig en mulighet til å få sett nærmere på Månen likevel. Ferden var riktignok langt fra optimalisert eller skreddersydd for vitenskapelig forskning fra starten av, men det var absolutt bedre enn ingenting. NASA ble med i prosjektet i 1991 og forskere derfra fikk da muligheten til å bestemme blant annet hvilke filtre som skulle brukes i Clementines kameraer for best mulig å kunne skjelne forskjellige bergarter og mineraler på måneoverflaten fra hverandre. Videre har NASAs Deep Space Network hovedansvaret for kommunikasjon med og følging av sonden, mens andre NASA-forskere pønsket ut den intrikate banen Clementine var ment å følge.

Selve sonden ble konstruert og bygd ved Naval Research Laboratory under overoppsyn av Ballistic Missile Defense Organization (BMDO), etterfølgeren til Strategic Defense Initiative Organization (SDIO). Lawrence Livermore National Laboratory har utviklet en del av den sensorteknologien Clementine benytter seg av. Selv om Clementine i seg selv kostet bare 55 millioner dollar å fremstille, har utviklingen av SDI-teknologien kostet SDIO/BMDO rundt én milliard dollar. Dette arbeidet ble imidlertid gjort uavhengig av noe Clementine-prosjekt. Prisen ble videre holdt nede ved at man i størst mulig grad gjorde bruk av, eller foretok enkel konvertering av, allerede ferdigutviklet teknologi, også teknologi som er kommersielt tilgjengelig. Dette gjelder blant annet en del av datautstyret om bord. At Clementine-teamet har lykkes såpass med sine ukonvensjonelle metoder for å holde pris og byggetid nede, har ført spørsmål om hvorfor ikke NASA også har tenkt i samme baner. Det blir for eksempel hevdet at NASA stadig skal utvikle teknologi fra grunnen av til sine prosjekter, i stedet for å gjøre bedre bruk av allerede tilgjengelig teknologi.

Enklere administrering og mindre strikte retningslinjer var også medvirkende til den lave prisen og korte utviklings- og byggetiden. Noe tilsvarende innen NASA har ikke forekommet siden 1962. Mange håper nå på at Clementine-prosjektets suksess, sett i forhold pris og byggetid, burde gi NASA et og annet å tenke på, og forhåpentligvis kunne føre til litt opprusking i det som for mange fremstår som en unødvendig tungrodd og byråkratisk organisasjon.

Ferden så langt

Etter å ha forlatt lav jordbane, foretok Clementine to og en halv meget avlange løkker rundt Jorden, noe som brakte den til Månens nærhet den 22. februar 1994. Sonden ble da bremset opp og gikk inn i en polbane rundt Månen med største og minste høyde på henholdsvis 2904 km og 435 km, inklinert 89,6° mot Månens ekvator. Omløpstiden var på 4 timer og 58 minutter. Dette var første gang siden Apollo 17 i desember 1972 at et amerikansk romfartøy ble satt inn i bane rundt Månen, og første gang siden sovjetiske Luna 24 i 1976 at et fungerende romfartøy var i månebane.

I løpet av hvert kretsløp benyttet sonden de 1,5 timene den var nærmest Månen til kartlegging, mens de resterende 3,5 timene ble brukt til overføring av de innsamlede dataene. De fire kameraene tok i løpet av hvert kretsløp 4000-5000 bilder av måneoverflaten. Hele måneoverflaten ble etter hvert systematisk dekket. Bildene ble lagret i det 1,6 GB store minnet i en av datamaskinene. Dataoverføringshastigheten til Jorden var på 128 kb/s. Datakomprimering ble benyttet.

Den 25.-26. mars ble banen endret ved at laveste punkt ble flyttet fra 30° S til 30° N, slik at Månens nordlige halvkule også kunne bli dekket. Første del av kartleggingsfasen var da blitt fullført uten større problemer, med over én million overførte bilder. Trøbbel med datamaskinene om bord førte riktignok til at data fra enkelte kretsløp forsvant, men dette ble fylt inn i den andre kartleggingsfasen.

Da Clementine forlot månebanen den 3. mai, hadde den overført rundt 1,6 millioner bilder til Jorden. I tillegg var det blitt utført bistatiske radarobservasjoner av Månens poler i et forsøk på å finne is under overflaten. Dette ble gjort ved at man lot Clementines radiosender sende radiobølger mot Månens overflate og registrerte de reflekterte signalene med NASAs Deep Space Network-antenner. Innledende analyser av dataene tyder på at slik is faktisk eksisterer. Forekomster av denne typen vil kunne bli en svært viktig ressurs for fremtidige månebaser, dersom man da noen sinne vil påkoste byggingen av slike etablissementer.

Men så gikk det skeis

Etter å ha forlatt månebanen gikk Clementine på nytt inn i en meget avlang jordbane. Meningen var at sonden skulle svinge forbi Jorden to ganger før Clementine den 27. mai passerte Månen på nytt for å bli slynget av gårde til en nærpassering av den jordbanekryssende asteroiden 1620 Geographos. Passeringen skulle skje rundt 31. august 1994 i en avstand av om lag 100 km. De skarpeste bildene ville da kunnet fått en oppløsning på fem meter.

Dessverre førte en feil i Clementines datamaskiner til at Clementines hydrasindyser, som brukes til stillingskontroll av sonden, den 7. mai begynte å fyre ukontrollert. Dette stoppet ikke før alt hydrasinet var brukt opp. Clementine tumlet da rundt med 80 omdreininger i minuttet.

At feilen oppstod i datamaskinen, er for øvrig ironisk sett på bakgrunn av at datautstyret var en av de relativt få delene på Clementine som allerede var testet og godkjent for bruk i rommet fra tidligere romferder, mens alle de 23 til dels dristige teknologiske innovasjonene som for første gang ble testet på Clementine-ferden, har fungert over all forventning.

Man besluttet etter problemene som oppstod å avlyse Geographos-passeringen. Man anså risikoen for å miste sonden totalt ved å forsøke å sende den dit var for stor i forhold til de sparsomme vitenskapelige opplysningene en så ukontrollerbar sonde eventuelt ville kunne samle inn. I stedet har man beholdt Clementine i jordbane hvor man forsøker å redusere spinnet ved å bruke sondens banejusteringsmotor, som benytter drivstoff fra andre tanker enn stillingskontrolldysene. Ved å sende sonden inn i en lavere jordbane håper men etter hvert at den vil stabilisere seg selv. Man vil da fortsette tester av utstyret om bord, og få muligheten til å se hvordan det klarer seg ved gjentatte passeringer gjennom de barske strålingsforholdene i van Allen-beltene.

Tekster til illustrasjoner brukt i artikkelen

Clementine med sammenfoldede solcellepaneler klargjøres for tester i et antiakustisk kammer. Nederst sees rakettmotoradapteret som ble etterlatt i jordbane for å utføre selvstendige tester av SDI/BMDO-teknologi. Denne delen av ferden er imidlertid hemmeligstemplet, og følgelig er få opplysninger blitt frigjort.

Området rundt Nansen-krateret ved Månens nordpol fotografert samtidig med Clementines fire lettvektskameraer fra en høyde av 1572 km. Forkortelsene på bildet betyr følgende: NIR: nær infrarødt kamera, UVVIS: ultrafiolett/visuelt kamera, LWIR: langbølget infrarødt kamera og HIRES: høyoppløsningskamera.

En del av Månen, med Jorden i bakgrunnen, slik Clementine så det fra sitt kretsløp rundt Månen i april. På Jorden er Afrika og Midtøsten synlige.

Bildemosaikk av området rundt Månens sydpol ut til 70. sydlig breddegrad. Bildet er satt sammen av en mengde opptak gjort med Clementines ultrafiolette/visuelle kamera. En del av området midt på bildet har aldri vært fotografert tidligere. Den venstre halvdelen av bildet viser Månens bakside, den høyre halvdelen ligger på Månens fremside.

Clementines stjernekamera ble brukt til å ta dette bildet av den jordbelyste Månen med noe av solkoronaen synlig i bakgrunnen. Pilen peker på Venus.

 
Forrige artikkel | Neste artikkel | Alle NOR 1994 | Alle Romfart/NOR
 
 
 

Alt stoff på romfart.no/.com/.org er opphavsrettslig beskyttet.
romfart.no/.com/.org eies og drives av Norsk Astronautisk Forening.