En 1994, una misión conjunta de la NASA y el Departamento de Defensa (DOD) llamada Clementine cambió drásticamente nuestra visión de la Luna. Como primera misión estadounidense a la Luna en más de dos décadas, los objetivos principales de Clementine incluían demostraciones de tecnología para probar el rendimiento de los sensores y componentes livianos. Los sensores livianos a bordo de la nave espacial arrojaron 1,6 millones de imágenes digitales, proporcionando los primeros mapas topográficos y multiespectrales globales de la Luna. Los datos de un instrumento de radar indicaron que grandes cantidades de hielo de agua pueden yacer en cráteres permanentemente en sombra en el polo sur lunar, mientras que otras regiones polares pueden permanecer bajo la luz solar casi permanente. Aunque un problema técnico impidió un sobrevuelo planificado de un asteroide, el estudio de Clementine sobre la Luna demostró que una misión de demostración de tecnología puede lograr avances científicos importantes.
Izquierda: El modelo de ingeniería Clementine en exhibición en el Museo Nacional del Aire y el Espacio (NASM) de la Institución Smithsonian en Washington, DC Crédito de la imagen: cortesía de NASM. Derecha: Ilustración esquemática que muestra los principales componentes y sensores de Clementine.
La Organización de Iniciativa de Defensa Estratégica del DOD, rebautizada como Organización de Defensa de Misiles Balísticos en 1993, dirigió el proyecto Clementine, formalmente llamado Experimento Científico del Programa de Espacio Profundo. El Laboratorio de Investigación Naval (NRL) en Washington, DC, gestionó el diseño de la misión, la fabricación y prueba de la nave espacial, la integración del vehículo de lanzamiento, el apoyo en tierra y las operaciones de vuelo. El Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en Livermore, California, proporcionó los nueve instrumentos científicos, incluidas cámaras de imágenes livianas y sensores de alcance. El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Beltsville, Maryland, proporcionó apoyo para la planificación de la trayectoria y la misión para la fase lunar, y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, proporcionó la planificación de la trayectoria y la misión para el encuentro con el asteroide y las comunicaciones y el seguimiento en el espacio profundo a través del espacio profundo. Red. La principal misión planificada de Clementine implicó la prueba de nuevas tecnologías de satélites livianos en el duro entorno del espacio profundo. Como misión secundaria, Clementine observaría la Luna durante dos meses utilizando sus múltiples sensores, luego abandonaría la órbita lunar y viajaría a 1620 Geographos, un asteroide pedregoso alargado de 1,6 millas de largo. A una distancia de 5,3 millones de millas de la Tierra, Clementine volaría a 62 millas del asteroide cercano a la Tierra, enviando imágenes y datos utilizando su conjunto de sensores.
Izquierda: Los técnicos preparan Clementine para una prueba en una cámara anecoica antes de enviarla al sitio de lanzamiento. Centro: Los trabajadores bajan la cubierta de carga útil sobre Clementine ya montada en su vehículo de lanzamiento Titan IIG. Derecha: Despegue del Clementine desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg, ahora Fuerza Espacial, en California.
La idea inicial detrás de una misión conjunta de demostración de tecnología NASA/DOD comenzó en 1990, con financiación aprobada en marzo de 1992 a NRL y LLNL para iniciar el diseño de Clementine y sus sensores, respectivamente. En tan solo 22 meses, la nave espacial completó su diseño, construcción y pruebas para prepararla para el vuelo. Clementine se lanzó el 25 de enero de 1994 desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 4-West en la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg, ahora Fuerza Espacial, en California, sobre un cohete Titan IIG.
Trayectoria de Clementine desde el lanzamiento hasta la inserción en la órbita lunar. Crédito de la imagen: cortesía del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.
La nave espacial pasó los siguientes ocho días en la órbita terrestre baja comprobando sus sistemas. El 3 de febrero, se disparó un motor de cohete sólido para colocarlo en una trayectoria circular de fase lunar que incluía dos sobrevuelos a la Tierra para ganar suficiente energía para llegar a la Luna. Durante la primera órbita, la nave espacial descartó el subsistema adaptador entre etapas que permaneció en una órbita terrestre altamente elíptica durante tres meses recopilando datos de radiación a medida que pasaba repetidamente a través de los cinturones de radiación de Van Allen. El 19 de febrero, Clementine encendió su propio motor para colocar la nave espacial en una órbita lunar polar altamente elíptica con un período de 8 horas. Una segunda quemadura dos días después colocó a Clementine en su órbita cartográfica de cinco horas. El primer ciclo de mapeo comenzó el 26 de febrero y duró un mes, y el segundo ciclo finalizó el 21 de abril, seguido de observaciones especiales.
Izquierda: Imagen compuesta de la región del polo sur de la Luna. Centro izquierda: Imagen del cráter Tycho. Centro derecha: Imagen del cráter Rydberg. Derecha: Imagen compuesta de la región del polo norte de la Luna.
Durante el primer mes de mapeo, el punto más bajo de la órbita de Clementine estaba sobre el hemisferio sur para permitir imágenes de mayor resolución y altimetría láser sobre las regiones del polo sur. Clementine ajustó su órbita para colocar el punto bajo sobre el hemisferio norte durante el segundo mes de mapeo para obtener imágenes de la región del polo norte con mayor resolución. Clementine pasó las últimas dos semanas en órbita llenando los huecos y realizando estudios adicionales en busca de hielo en la región del polo norte. Durante 71 días y 297 órbitas lunares, Clementine tomó imágenes de la Luna y arrojó 1,6 millones de imágenes digitales, muchas de ellas con una resolución de 330 pies. Trazó un mapa de toda la superficie de la Luna, incluidas las regiones polares, en longitudes de onda que van desde el ultravioleta cercano hasta el visible y el infrarrojo lejano. La altimetría láser proporcionó el primer mapa topográfico global de la Luna. Datos similares de las misiones Apolo sólo mapearon las regiones ecuatoriales de la Luna que se encuentran bajo la trayectoria orbital de la nave espacial. El seguimiento por radio de la nave espacial perfeccionó nuestro conocimiento del campo gravitatorio de la Luna. Clementine, un hallazgo con una aplicación significativa para futuras misiones de exploración, encontró áreas cerca de las regiones polares donde pueden existir cantidades significativas de hielo de agua en los fondos de los cráteres permanentemente en sombra. Por el contrario, Clementine encontró otras regiones cerca de los polos que pueden permanecer bajo luz solar casi perpetua, proporcionando una fuente de energía abundante para futuros exploradores. La edición del 16 de diciembre de 1994 deCiencia, vol. 266, No. 5192, publicó los primeros resultados de Clementine. El equipo del proyecto Clementine reunió una serie de lecciones aprendidas de la misión para ayudar al desarrollo y operaciones futuras de naves espaciales.
Izquierda: Un mapa global de la Luna creado a partir de imágenes de Clementine. Derecha: un mapa topográfico global de la Luna basado en datos de Clementine.
Izquierda: Imagen compuesta de la Tierra tomada por Clementine desde la órbita lunar. Centro izquierda: Imagen coloreada de la Tierra completa sobre el polo norte lunar. Centro derecha: Vista mejorada en color de la Luna iluminada por el brillo de la Tierra, la corona solar y el planeta Venus. Derecha: Imagen mejorada en color de la Luna iluminada por la Tierra, la corona solar y los planetas Saturno, Marte y Mercurio.
Una vez finalizado el tiempo de observación de la Luna, Clementine abandonó la órbita lunar el 5 de mayo y se dirigió a Geographos a través de dos sobrevuelos más asistidos por la gravedad de la Tierra. Desafortunadamente, dos días después, una falla en la computadora provocó que uno de los propulsores de control de actitud de la nave espacial fallara durante 11 minutos, gastando combustible valioso y enviando a Clementine a un giro de 80 rotaciones por minuto. El problema habría reducido significativamente la devolución de datos del sobrevuelo del asteroide previsto para agosto y los responsables decidieron mantener la nave espacial en una órbita geocéntrica elíptica. Un fallo en el suministro eléctrico en junio hizo que la telemetría de Clementine fuera ininteligible. El 20 de julio, la gravedad lunar impulsó la nave espacial a la órbita solar y la misión terminó oficialmente el 8 de agosto. Los controladores terrestres recuperaron brevemente el contacto entre el 20 de febrero y el 10 de mayo de 1995, pero Clementine no transmitió ningún dato útil.
A pesar de la pérdida del sobrevuelo de Geographos, Clementine dejó un legado duradero. La misión demostró que un vuelo diseñado principalmente como demostración de tecnología puede lograr avances científicos importantes. Los datos que devolvió Clementine revolucionaron nuestro conocimiento de la historia y la evolución lunar. El descubrimiento de entornos únicos en los polos lunares, incluida la probabilidad de que haya grandes cantidades de hielo de agua en regiones permanentemente sombreadas allí, cambió las perspectivas para futuras misiones científicas y exploración humana. Misiones científicas posteriores, como Lunar Prospector y Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, la nave espacial Chang’e de China y la nave espacial Chandrayaan de la India, se basaron en el conocimiento que Clementine obtuvo por primera vez. Las misiones no tripuladas actuales tienen como objetivo las regiones polares lunares para agregar datos reales a las observaciones orbitales, y el programa Artemis de la NASA tiene la intención de llevar a la primera mujer y a la primera persona de color a esa región como un paso hacia la exploración lunar sostenible.
