Картографическая система фотокамер
В этих камерах пленка из подающей катушки проходит мимо фокальной плоскости к принимающей катушке. Различные валики и запорные устройства способствуют тому, чтобы определенное количество пленки подавалось в течение каждой экспозиции и чтобы пленка всегда находилась в определенном натянутом положении. Эти качества камеры определяют точность снимков. Когда работает фотокамера, необходимо поддерживать непрерывное вращение подающей и принимающей катушек для того, чтобы избежать опасных вибраций, которые могут быть вызваны их пуском и остановкой. Каждая камера снабжена двумя механизмами петлеобразующих валиков. Когда пленка находится в стационарном положении в фокальной плоскости в течение экспозиции, непрерывное вращение подающей катушки образует петлю из пленки на стороне подачи. После того как экспозиция оканчивается, пленка перемещается, петля на стороне подачи исчезает, а на приемной стороне образуется новая петля. Эта петля поглощается принимающей катушкой в следующий раз, когда пленка находится в стационарном состоянии в фокальной плоскости.
В течение экспозиции пленка заключена между стеклянной пластиной фокальной плоскости и прижимной плитой, которая способствует тому, чтобы пленка была плоской. На пластины фокальной плоскости гравировкой наносится сетка — ряды очень тонких перекрещивающихся линий (а вернее сказать, только крестики).
Положения этой сетки точно определяются перед сборкой фотокамеры. Во время обработки данных измеряются положения сетки, зарегистрированные на пленке. Это делается для того, чтобы определить величину деформаций пленки, полученных при фотографировании или ее обработке, и внести, если это возможно, соответствующие поправки.
После окончания экспозиции прижимная плита отодвигается от поверхности пленки, позволяя ей передвигаться по фотокамере. Корпус камеры наполнен газом, препятствующим созданию статического электрического заряда, который вызывается движением пленки, и не позволяющим пленке становиться излишне хрупкой из-за трудных условий в окрестностях Луны.
Все перечисленные особенности присущи обеим камерам: и картографической, и звездной.
В конусе объектива картографической фотокамеры и в фокальной плоскости звездной камеры размещены координатные метки. Это лампочки, которые зажигаются в нужные моменты. Их изображения на пленке позволяют определять пересечение оси объектива с фокальной плоскостью, а также задают прямоугольную систему координат для обработки фотографий. Угловое соотношение между координатными системами картографической и звездной фотокамер необходимо для обработки данных и определяется до полета тщательной процедурой калибровки. Так как сама картографическая камера движется в космическом пространстве, то при расшифровке снимков мы должны знать, откуда и под каким углом производилось фотографирование, а это можно установить, только зная угловое соотношение и сравнивая снимки звездной камеры со снимками звезд, полученных в те же моменты на наземных обсерваториях. Звездная камера, по сути дела, служит только для определения направления картографической.
Картографическая камера имеет два затвора: дисковый и шторный. Освещенность лунной поверхности определяется прибором автоматической регулировки величины экспозиции. Сервомеханизм позволяет получить время экспозиции от 1/15 до 1/250 сек при помощи регулирования скорости вращения дискового затвора. Так как этот диск вращается непрерывно (от 80 до 1280 оборотов в минуту), шторный затвор открывается только на определенное время.
Для получения изображения достаточного числа звезд звездной фотокамере необходимо фиксированное время экспозиции, равное 1,5 сек. Оно задается шторным затвором. Средние точки временных интервалов экспозиций звездной фотокамеры и картографической фотокамеры синхронизированы с точностью до 1 миллисекунды.
Космический корабль «Аполлон» передвигается около лунной поверхности со скоростью приблизительно 1500 м/сек. При средней выдержке, равной 1/100 сек, это вызвало бы нежелательное смазывание изображения в фотографиях поверхности в пределах 15 м. Для предотвращения этого смазывания определяется величина V/H (скорость космического корабля V, деленная на высоту корабля над поверхностью Луны Н). Переключатель регулировки в командном отсеке устанавливается астронавтом на одно из пяти дискретных положений, соответствующих интервалу высот 95—125 км. Рама картографической камеры, содержащая стеклянную пластину с сеткой, пленку и прижимную плиту, передвигается в течение экспозиции с тем, чтобы создать компенсацию нежелательному сдвигу изображения. Скорость рамы зависит от величины V/H. Свет лампочек, изображение которых создает координатные метки, включается в средний момент передвижения фокальной плоскости.
Несмотря на большое время экспозиции, для звездной фотокамеры не требуется компенсация сдвига, так как звезды находятся на бесконечном расстоянии (Н – ¥).
Временной интервал между последовательными экспозициями также является простой функцией от V/H и от желаемой величины перекрытия последовательных снимков. Для всех полетов «Аполлона» продольное перекрытие (т. е. совпадение двух последовательных снимков) составляло 78% (в дополетных условиях эта величина могла быть задана в интервале 55—78%). Когда астронавт фиксирует V/H, автоматически устанавливается и временной интервал между экспозициями. Он меняется от 20,4 сек для высоты 95 км до 27,4 сек для высоты 125 км.
В то время как пленка находится в стационарном положении в течение каждой экспозиции, блок данных фиксирует момент времени, отсчитываемый на космическом корабле, время экспозиции и расстояние до поверхности, определенное лазерным высотомером. Блок данных звездной фотокамеры фиксирует только момент времени. Это позволяет после обработки пленки каждый снимок звездной камеры связать с соответствующим снимком картографической камеры.
На последней установлен ряд датчиков. Они регистрируют температуру объективов и кассет с фотопленкой, оставшееся количество пленки, время экспозиции, положение переключателя V/H, а также положение камер в отсеке (выдвинуты они из корабля или нет). Эти данные телеметрически передаются на Землю и фиксируются на телевизионном пульте в Центре управления полетом для того, чтобы техники и ученые могли контролировать исправность фотокамеры и выполнимость фотографических экспериментов.
При помощи этой фотографической системы, размещенной на кораблях «Аполлон-15», «Аполлон-16» и «Аполлон-17» были получены три типа фотографий. Основной тип — это непрерывные маршруты фотографирования, простирающиеся от терминатора (граница, разделяющая поверхность Луны на освещенную и теневую области) к терминатору при вертикальном положении оси объектива фотокамеры. Траектория фотографирования планировалась так, чтобы получить 55-процентное поперечное перекрытие между соседними маршрутами фотографирования. На рис. 10 представлен этот тип фотографий: на их основе составляются карты.
Рис. 10. Вертикальная фотография кратера Птолемей, полученная картографической фотокамерой «Аполлона-16». Этот кратер имеет около 150 км в поперечнике. Дно кратера из материала светлой окраски с относительно плоской структурой. Объект, попавший в поле зрения справа, представляет собой выдвигающийся стержень, к которому прикрепляется спектрометр гамма-излучения для измерения радиоактивности лунных пород. Из-за ограниченного времени нахождения на орбите некоторые фотографии делались с выдвинутым стержнем
Периодически в течение полета менялась высота космического корабля и были получены непрерывные маршруты перспективных фотографий, простирающихся за лунный горизонт. Этот тип фотографий, представленный на рис. 11, является наиболее живописным: он искусственно раздвигает пределы обозреваемой области, непосредственно видимой с борта космического корабля.
Рис. 11. Перспективный вид, полученный в направлении к югу от космического корабля «Аполлон-16». Огромный кратер имеет около 75 км в поперечнике. Среди его интересных особенностей — необычная форма центрального пика. Тщательное рассмотрение фотографии (может быть, с увеличительным стеклом) позволит обнаружить черные крестики в фокальной плоскости картографической фотокамеры
Третий тип фотографий, представленный на рис. 12, был получен при удалении космического корабля от Луны. Вся пленка, оставшаяся после завершения фотографирования с лунной орбиты, была израсходована для этой цели. Хотя эти фотографии сходны с видом Луны в телескоп, они запечатлели районы Луны, никогда не видимые с Земли, и оказались полезными при соединении вместе различных типов фотографий, полученных в течение всех лунных экспедиций.
Рис. 12. Полный диск Луны, сфотографированный из «Аполлона-16» после того, как он покинул лунную орбиту. Север находится в направлении верхнего правого угла снимка. Темная область вверху слева — Море Кризисов, ниже правее — Море Краевое, еще ниже, левее — Море Смита
Общая площадь покрытия лунной поверхности фотографиями картографической камеры, полученными на «Аполлоне-15», «Аполлоне-16» и «Аполлоне-17», показана на рис. 13.
Рис. 13. Диаграмма общей поверхности Луны, сфотографированной картографическими камерами « Аполлона-15», «Аполлона-16» и «Аполлона-17». Форма покрытия определялась местами посадок космических кораблей и условиями освещенности