30 年前: クレメンタインが私たちの月観を変える

1994 年、NASA と国防総省 (DOD) の共同ミッション「クレメンタイン」が月に対する私たちの見方を劇的に変えました。 20年以上ぶりの米国の月へのミッションであるクレメンタインの主な目的には、軽量コンポーネントとセンサーの性能をテストするための技術実証が含まれていた。 宇宙船に搭載された軽量センサーは 160 万枚のデジタル画像を返し、月の世界初のマルチスペクトル地図と地形図を提供しました。 レーダー機器からのデータは、月の南極の永久に影に覆われたクレーターに大量の水氷が存在する可能性がある一方、他の極地域ではほぼ永久に太陽光が当たる可能性があることを示した。 技術的な問題により小惑星の飛行計画は阻止されたが、クレメンタインの月の研究は、技術実証ミッションが重要な科学を達成できることを証明した。

左: ワシントン DC のスミソニアン博物館国立航空宇宙博物館 (NASM) に展示されているクレメンタイン工学模型 画像クレジット: NASM 提供。 右: Clementine の主要コンポーネントとセンサーを示す概略図。

1993 年に弾道ミサイル防衛機構に改名された国防総省の戦略防衛イニシアチブ機構は、正式には深宇宙計画科学実験と呼ばれるクレメンタイン計画を指揮しました。 ワシントン DC の海軍研究所 (NRL) は、ミッション設計、宇宙船の製造とテスト、打ち上げロケットの統合、地上支援、飛行運用を管理しました。 カリフォルニア州リバモアにあるローレンス リバモア国立研究所 (LLNL) は、軽量の画像カメラや測距センサーなど 9 台の科学機器を提供しました。 メリーランド州ベルツビルにある NASA のゴダード宇宙飛行センターは、月面の軌道とミッション計画のサポートを提供し、カリフォルニア州パサデナにある NASA のジェット推進研究所は、小惑星の遭遇と深宇宙通信と深宇宙を通じた追跡の軌道とミッション計画を提供しました。通信網。 クレメンタインの主な計画されたミッションには、過酷な深宇宙環境における新しい軽量衛星技術のテストが含まれていました。 二次ミッションとして、クレメンタインは複数のセンサーを使用して月を2か月間観察し、その後月周回軌道を離れ、長さ2.6マイルの細長い石の多い小惑星、1620ジオグラフォスに移動する予定だった。 地球から530万マイルの距離にあるクレメンタインは、地球近傍小惑星から62マイル以内を飛行し、一連のセンサーを使用して画像とデータを返すことになる。

左: 技術者は、発射場に輸送する前に、電波暗室でテストするためにクレメンタインを準備します。 中央: タイタン IIG ロケットにすでに取り付けられているクレメンタインの上にペイロードシュラウドを降ろす作業員。 右: ヴァンデンバーグ空軍、現在は宇宙軍、カリフォルニア基地から離陸したクレメンタイン。

NASA/国防総省共同技術実証ミッションの背後にある最初のアイデアは 1990 年に始まり、1992 年 3 月に NRL と LLNL にそれぞれクレメンタインとそのセンサーの設計を開始するための資金提供が承認されました。 22 か月という信じられないほど短い期間で、宇宙船は飛行準備のための設計、製造、テストを完了しました。 クレメンタインは、1994年1月25日にカリフォルニアにあるヴァンデンバーグ空軍（現宇宙軍）基地の宇宙発射施設4西からタイタンIIGロケットに搭載されて打ち上げられた。

クレメンタインの打ち上げから月軌道投入までの軌跡。 画像クレジット: ローレンス リバモア国立研究所の提供。

探査機はその後 8 日間、地球低軌道でシステムのチェックに費やしました。 2月3日、固体ロケットモーターが点火し、月に到達するのに十分なエネルギーを得るために2回の地球接近を含む月位相ループ軌道上にロケットを配置した。 最初の軌道中、宇宙船はインターステージ・アダプター・サブシステムを投棄し、このサブシステムは高度に楕円形の地球軌道上に3か月間留まり、ヴァン・アレン放射線帯を繰り返し通過しながら放射線データを収集した。 2月19日、クレメンタインは自身のエンジンを点火し、探査機を周期8時間の高度に楕円形の月の極軌道に投入した。 2日後の2回目の火災により、クレメンタインは5時間の地図作成軌道に投入されました。 最初のマッピングサイクルは 2 月 26 日に始まり、1 か月間続き、2 番目のサイクルは 4 月 21 日に終了し、その後特別観測が行われました。

左: 月の南極領域の合成画像。 中段左: ティコ・クレーターの画像。 中右: リュードベリ火口の画像。 右: 月の北極領域の合成画像。

地図作成の最初の 1 か月間、クレメンタインの軌道の最低点は南半球上にあり、南極地域でのより高解像度の画像とレーザー高度測定が可能になりました。 クレメンタインは、より高い解像度で北極地域を画像化するために、マッピングの 2 か月目に低点を北半球上に配置するように軌道を調整しました。 クレメンタインは最後の2週間を軌道上で過ごし、隙間を埋めたり、北極地域の氷を探す追加の研究を行ったりした。 クレメンタインは 71 日間、297 周の月周回にわたって月を撮影し、160 万枚のデジタル画像を返しました。その多くは 330 フィートの解像度でした。 それは、近紫外から可視から遠赤外までの波長で、極地域を含む月の表面全体をマッピングしました。 レーザー高度計により、月の世界初の地形図が提供されました。 アポロ計画からの同様のデータは、探査機の軌道の下にある月の赤道領域のみをマッピングしていました。 宇宙船の無線追跡により、月の重力場に関する知識が洗練されました。 クレメンタインは、将来の探査ミッションに重要な応用をもたらす発見で、永久に影に覆われたクレーター底に大量の水氷が存在する可能性がある極地近くの地域を発見した。 逆に、クレメンタインは、ほぼ永久に太陽光が降り注ぐ可能性のある極近くの他の地域を発見し、将来の探検家に豊富なエネルギー源を提供しました。 サイエンス誌、１９９４年１２月１６日号、Ｖｏｌ． 266, No. 5192 には、クレメンタインの初期の結果が掲載されています。 クレメンタインのプロジェクト チームは、将来の宇宙船の開発と運用を支援するために、ミッションから学んだ一連の教訓をまとめました。

左: クレメンタインの画像から作成された月の世界地図。 右: クレメンタイン データに基づく月の世界地形図。

左: クレメンタインが月周回軌道から撮影した地球の合成画像。 中央左: 月の北極の上にある地球全体のカラー化された画像。 中右: 地球の輝き、太陽のコロナ、惑星金星に照らされた月のカラー強調表示。 右: 地球に照らされた月、太陽コロナ、土星、火星、水星のカラー強調画像。

月の観測期間が終了したクレメンタインは、5月5日に月周回軌道を離れ、さらに2機の地球重力補助フライバイを経由してジオグラフォスに向かっていた。 残念なことに、その 2 日後、コンピューターの不具合により、宇宙船の姿勢制御スラスターの 1 つが 11 分間失火し、貴重な燃料が消費され、クレメンタインは毎分 80 回転のスピンに陥りました。 この問題により、8月に計画されている小惑星の接近から返されるデータが大幅に減少する可能性があったため、管理者は探査機を楕円形の地心軌道に維持することを決定した。 6 月に発生した電源障害により、クレメンタインさんのテレメトリは判読不能になりました。 7月20日、月の重力によって探査機は太陽軌道上に進入し、ミッションは8月8日に正式に終了した。地上管制官は1995年2月20日から5月10日までの間一時的に連絡を取り戻したが、クレメンタインは有用なデータを送信しなかった。

ジオグラフォスのフライバイを失ったにもかかわらず、クレメンタインは永続的な遺産を残しました。 このミッションは、主に技術デモンストレーションとして設計された飛行が重要な科学を達成できることを実証しました。 クレメンタインが返したデータは、月の歴史と進化に関する私たちの知識に革命をもたらしました。 月極の永久に影に覆われた領域に大量の水氷が存在する可能性を含む、月極の独特な環境の発見は、将来の科学ミッションと有人探査の見通しを変えた。 NASA の月探査機や月偵察機、中国の嫦娥宇宙船、インドのチャンドラヤーン宇宙船など、その後の科学ミッションはすべて、クレメンタインが最初に得た知識に基づいて構築されました。 現在の無人ミッションは、軌道上の観測にグラウンドトゥルースを追加するために月の極地をターゲットにしており、NASAのアルテミスプログラムは、持続可能な月探査に向けた一歩として、その地域に初の女性と初の有色人種を着陸させることを目的としている。