Почему астронавты на Луне не могли отойти от космического корабля... 2-я часть

[photo_vlad]

1-я часть в предыдущем посте: ссылка

Часть II.

ЯРКОСТЬ КИНОЭКРАНА

В современных кинотеатрах экраны довольно большие. В самых больших кинозалах Москвы установлены экраны шириной 20-26 метров. В кинотеатре IMAX (на Речном вокзале), который был открыт в 2003 году, находится самый большой по площади экран в Москве: 22х17,5 метра, 385 кв.м. Высота этого экрана сопоставима с размерами пятиэтажного здания (рис.II-1).





Рис.II-1. Кинотеатр IMAX.

Зал кинотеатра «Октябрь» на Новом Арбате очень вместителен, но площадь экрана меньше, около 280 кв.м., размер экрана 26х11 м (рис.II-2).



Рис.II-2. Зал кинотеатра «Октябрь»

Как обычному зрителю оценить уровень яркости экрана, если он не специалист в этом вопросе? Можно ли яркость экрана в кинотеатре сравнить с чем-то, что мы встречаем в повседневной жизни?

Существуют определенные нормативы, которые регламентируют яркость экрана. Согласно ОСТ 19-155-00 нормой считается яркость 50 кд/м2 в центре экрана при работающем проекторе без киноплёнки. Поскольку это значение обычному человеку ни о чём не говорит, попробуем через формулу ( Е = L × π ⁄ β )  перевести  яркость в освещенность, поскольку уровни освещенности представить гораздо проще. Если экран бело-матовый с коэффициентом отражения 80% ( β=0,8), то его освещённость будет равняться (Е=50 х 3,14/0,8=196) примерно 200 люкс (лк).

Освещенность в центре экрана без кинопленки должна составлять примерно 200 люкс. Эту величину легко представить - такая освещенность по вечерам в наших квартирах (рис.II-3).



Рис.II-3. Нормы освещённости

Мы можем констатировать, что яркость экрана в кинотеатре примерно соответствует яркости белого листа бумаги, лежащего на нашем рабочем столе под люстрой.

С практической точки зрения (во время показа фильма) освещенность на киноэкране заметно ниже 200 люкс. И вот из-за чего. Мы говорили, что замер освещенности экрана по нормативам производится при работающем проекторе, но без плёнки. Как только мы устанавливаем плёночное изображение, освещенность на киноэкране тут же падает. Как определить, во сколько раз упала освещенность, если в изображении (в кинофильме) есть и светлые, почти прозрачные места и очень тёмные, чёрные? Светлые места могут пропускать 50% света (уменьшать количество света в 2 раза), а вот чёрные объекты могут ослаблять свет в 400-500 раз. Что принять за среднюю величину?

Ответ на этот вопрос давно придуман. Когда разрабатывались первые фотоаппараты с автоматической установкой экспозиции, то в основу экспонометрических замеров было положено средневзвешенное значение отражения типичных объектов. Оказалось, что по статистике это 18%.  Экспонометр фотоаппарата «полагает», что вы все время снимаете некий средне-серый объект с коэффициентом отражения 18%. Когда вы производите съёмку сотовым телефоном, то перед вами находятся разные объекты, как темные, так и светлые, с разными коэффициентами отражения. Белая бумага может отражать 80-85% падающего света, лицо отражает 35-40% света, речной песок - 15-20%, тёмно-коричневый деревянный шкаф - 7-8% , садовая земля - 3%, чёрный пиджак - 2-2,5% света. Вы фотографируете, например, пейзаж, и пока у вас в кадре есть зелёная трава,  белые облака и тёмно-коричневая пашня, всё получается нормально, потому что в среднем получается пимерно 18% отражения. Но стоит фотоаппарат перевести на белый лист бумаги (переснять текст, написанный на листе), как тут же белый лист становится серым - ведь фотоаппарат «думает», что вы по-прежнему снимаете средне-серое поле. Вам вручную приходится вводить экспозиционную поправку, высветляя кадр.  А когда вы снимаете выступление в тёмном зале (например, театральный спектакль на ярко-освещённой сцене), то в автоматическом режиме ваш фотоаппарат будет высветлять черноту зала до серого тона, и лица актёров на сцене получатся пересвеченными. И снова придётся вводить ручную поправку, только теперь с другим знаком, в сторону притемнения кадра.

Вот примерно такая же ситуация и с проекцией фильма.  В фильмокопии (и на слайде) есть разные участки - тёмные и светлые, но в среднем фильмокопия пропускает примерно 18% света. Получается, что от 200 люксов на экране остаётся всего лишь (200 х 0,18)  36 люксов.

Это очень низкое значение освещенности, примерно как вечером на лестничной площадке около лифта. Чтобы зритель адаптировался к таким условиям рассматривания фильма, верхний свет в кинозале перед началом сеанса гаснет постепенно. Или вы заходите в кинозал перед началом сеанса, а там светятся только светодиодные дорожки и слабый дежурный свет вдоль стены. И в результате у зрителя происходит то, что называется термином “темновая адаптация” - чувствительность глаза постепенно повышается.

Вы, наверное, замечали, что иногда, проснувшись среди ночи и включив в комнате свет, вы чувствуете боль от невыносимо яркого света, хотя это всего-навсего обычная комнатная лампочка. Чувствительность глаза за время "темновой адаптации" (через 40-50 минут при нахождении в полной темноте) может повыситься примерно в три тысячи раз, отчего свет обычной комнатной лампы покажется нестерпимо ярким.

Во время показа освещённость на экране очень низкая, хотя в кинопроекторе используются очень мощные лампы, например, газоразрядные проекционные лампы, в которых  светится электрическая дуга в колбе, заполненной ксеноном. Чтобы уменьшить нагрев колбы, особенно её участков, расположенных вблизи анода (анод имеет больший диаметр), используется водяное охлаждение - цилиндрические муфты слева и справа (рис.II-4).



Рис.II-4. Ксеноновая кинопроекционная лампа кинотеатра Аймакс.

Для зажигания лампы требуется высокое напряжение, 20-30 кВ, происходит пробой межэлектродного промежутка, ионизация газа и возникает дуговой разряд, постепенно переходящий в газовый, лампа зажигается. Затем разряд поддерживается низким рабочим напряжением 20-30 В. Такая лампа дает яркий белый свет, близкий по спектру к дневному. Максимальная мощность может достигать 15-18 кВт.

Но даже при таких мощных кинопроекционных лампах, во время демонстрации фильма освещённость на киноэкране оказывается на уровне 35-40 люкс.

В качестве эксперимента мы попробовали переснять изображение с экрана кинотеатра цифровым фотоаппаратом в режиме записи видео - для этого нам потребовалось установить светочувствительность 2000 единиц при диафрагме 3,5.

Как же осуществлялась на киностудиях съёмка методом рирпроекции, если в 1960-70-е годы не было киноплёнок столь высокой чувствительности, а светочувствительность цветных киноплёнок Кодак находилась на уровне 100-125 единиц?  При каких значениях освещенности экрана производилась пересъемка?

Источником света в рирпроекторе является дуга интенсивного горения между двумя угольными стержнями. Это самый мощный источник света. Впервые электрическая дуга получена русским ученым В.В.Петровым в 1802 году. Чтобы зажечь дугу, нужно угли с различными электрическими зарядами (анод и катод) сблизить до соприкосновения. Вследствие этого отдельные участки катода нагреваются. Когда катод разогреется, угли разводят, и между ними возникает дуга (рис.II-5). Самый большой световой поток получается при питании дуги постоянным током. Многие видели электрическую дугу, например, во время сварки металлов.



Рис.II-5. Электрическая дуга между двумя электродами.

Мощные рирпроекторы (рис.II-6) имеют угли для положительного полюса диаметром 16 мм, для отрицательного - 13 мм, и работают в режиме 78 Вольт 225 Ампер.



Рис.II-6. Рирпроектор Zeiss Ikon Dresden

В книге Б.Горбачёва «Техника комбинированных съёмок» (рис.II-7) есть глава «Технические средства  способа скорой рирпроекции». Вот что пишет кинооператор Б.Горбачев[1] о рирпроекторах: [2]



Рис.II-7. Книга кинооператора Б.Грбачёва

«Рирпроектор средней мощности имеет полезный световой поток 10 000 лм, что дает на экране 3х4 м освещенность 830 лк. Световой поток мощного проектора с дугой на 225 а составляет 17 000 лм и дает на экране 3 х 4 м освещенность 1400 лк.»

"Освещенность экрана размером 3х4 м в 830 лк позволяет снимать на современных чувствительных черно-белых негативных киноплёнках с диафрагмой 1:3,5. ... При диафрагме 1:2,3 можно снимать на экране, имеющем приблизительно в два раза большую площадь, то есть на экране размером 4,5 х 6 м. Такой размер экрана позволяет снимать не только крупные, но и средние актерские планы."

И в следующем абзаце, как приговор:

"Дальнейшее увеличение размера экрана оказывается практически невозможным".

Итак, максимальный размер экрана ограничен размером 4,5 х 6 метров, и это при том, что мы используем очень мощный рирпроектор и высокочувствительную киноплёнку.

Если мы рассмотрим фильмы 50-60-х годов ХХ века, где была использована рирпроекция, например, фильм-вестерн 1954 г. «Река не течет вспять», то заметим, что максимальная ширина применяемого экрана - не более 5 метров (рис.II-8), что позволяет снимать лишь средние планы (рис.II-9).



Рис.II-8. Рабочий момент съемки эпизода на реке методом рирпроекции в фильме «Река не течет вспять»



Рис.II-9. Готовый кадр из фильма «Река не течёт вспять», кино широкоэкранное (Синемаскоп), соотношение сторон 2,35:1

При этом всё равно не хватает глубины резкости: при наведении резкости на актёров, задний план оказывается в расфокусе, что выдаёт приём комбинированных съёмок. Чтобы увеличить глубину резкости, необходимо "зажимать" диафрагму объектива, а для этого требуется ещё больше света.

Для фильма «Мятеж на Баунти», 1962 г., (рис.II-10) студия MGM применила для рирпроекции 10-метровый экран.



Рис.II-10. Сцена шторма в фильме «Мятеж на Баунти»

Один проектор с такой задачей, конечно, не справился бы. Для этого фильма была придумана система из трех проекторов, работающих на выгнутый полупрозрачный экран. Отснятый заранее фон бушующих волн печатали на три плёнки так, чтобы в местах соединения изображений край кадра напоминал зубья пилы (рис.II-11). Это помогало скрыть вертикальную линию перехода между отдельными изображениями. И, кроме того, в кадре эти границы постоянно пересекались вертикальными линиями - тросами и мачтами.



Рис.II-11. Схема проекции на просветный экран с трёх рирпроекторов

Также система из трех проекторов применялась для повышения яркости экрана, когда три проектора работали на один экран. Фирма «Митчелл», как сообщает Б.Горбачёв в книге «Техника комбинированных съёмок», изготовила для «Мосфильма» такой строенный рирпроектор, в котором средний проектор даёт прямое изображение, а два крайних, расположенных по обе стороны от него под углом 90°, отбрасывают изображения на экран с помощью зеркал с поверхностным зеркальным слоем (рис.II-12). Зеркала закреплены в оправах, позволяющих производить совмещение изображений боковых проекторов с изображением центрального проектора. При  этом яркость  экрана возрастала в 2,8 раза.



Рис.II-12. Схема строенной рирпроекционной установки

А вот как такая система выглядела в американской киностудии: три одинаковых проектора жестко укреплены на одной станине, и свет от трёх рирпроекторов сводится на экран, расположенный в середине павильона (рис.II-13). В другой половине павильона, по ту сторону экрана, происходит съемка игровой сцены на фоне этого изображения.



Рис.II-13. Строенная рирпроекционная установка. Изогнутые трубы вверху - система охлаждения. В глубине павильона - проецируемое изображение.

При рирпроекции бывает сильно заметно падение яркости по краям экрана, особенно на широкоугольной оптике. Чтобы избежать неравномерного освещения, на проекторах используют длиннофокусную оптику, при этом расстояние от проектора до экрана может достигать 30-45 метров.

Таким был передовой край развития техники рирпроекции к началу 60-х годов ХХ века. Максимально возможная ширина экрана для фонового изображения - около 10 метров. И когда перед специалистами кино была поставлена задача - вывести изображение достаточной яркости на 30-метровый экран для создания «лунных снимков», то они просто развели руками.

Однако на этом этапе трудности не завершились. Есть ещё одно обстоятельство, которое сильно осложняет выполнение поставленной задачи, проекцию на 30-метровый экран. Свет от электрической дуги с помощью зеркального  отражателя и линз конденсора фокусируется на слайде (диапозитив для фоновой проекции), и этот слайд моментально нагревается. Когда демонстрируется фильм с движущейся кинопленки со скоростью 24 к/с, каждый кадрик фильма находится в кадровом окне фильмопроектора лишь 0,02 сек и не успевает перегреться. А если перед лампой установить неподвижный слайд (с изображением лунной горы), то уже через пару секунд слайд начнет коробиться от тепла. И это даже при том, что в проекторе для предотвращения перегрева находится металлическая рубашка водяного охлаждения, и слайд обдувается потоком воздуха от вентилятора. Трубы, по которым подается воздух, хорошо видны на вышеприведённой фотографии (рис.II-13).

Получить от рирпроектора бóльший световой поток, даже гипотетически, просто невозможно.

При этом получаемая освещенность на киноэкране с изображением настолько мала, 35-40 люкс, что требуется светочувствительность около 2 тысяч единиц. Но в те годы такой светочувствительной кинопленки Кодак сделать не мог.

Согласно отчётам НАСА, для съёмки киносюжетов использовалась 16-мм киноплёнка Kodak Ektachrome MS SO-368 (рис.II-14), которая имеет светочувствительность 160 единиц АСА.



Рис.II-14. Коробочка с 16-мм кинопленкой Ektachrome MS SO-368. Согласно отчётам НАСА, именно на эту киноплёнку снимались проезды электромобиля по Луне.

Даже сейчас, спустя почти полвека, самой высокочувствительной кинопленкой в кинопроизводстве является Кодак 5219, с индексом светочувствительности 500 единиц (рис.II-15).



Рис.II-15. Коробка современной кинопленки Кодак-5219 светочувствительностью 500 ед.

Однажды после 2000-го года Кодак начал выпускать киноплёнку светочувствительностью 800 единиц, но вскоре закрыл выпуск - плёнка быстро теряла заявленную чувствительность. Так что 160 единиц для цветной кинопленки в 1969 году - это был самый верх возможностей Кодака.

Поскольку более чувствительной кинопленки в ближайшие годы не ожидалось, а повысить световой поток проектора дальше было невозможно, то оставался ещё один «запасной», и к тому же недешёвый  вариант - использовать при съемке сверхсветосильную оптику.

Мы знаем, что количество проходящего через объектив света зависит от апертуры объектива, от значения диафрагмы (рисII-16). Обычно применяемые в кино дискретные объективы (с постоянным фокусным расстоянием) имеют светосилу (максимально открытая диафрагма) 2.



Рис.II-16. Вид апертуры диафрагмы при различных значениях.

Так, диафрагма 2 означает, что диаметр входного отверстия в 2 раза меньше фокусного расстояния. Если прочертить отрезок, равный фокусному расстоянию объектива, то указанный диаметр отверстия два раза уложится на линии фокусного расстояния. А диафрагма 8 уложится 8 раз вдоль линии фокусного расстояния (рис.II-17).



Рис.II-17. Диаметр отверстия диафрагмы при значении 2 (коричневая окружность) укладывается на фокусном расстоянии 2 раза, а диаметр отверстия при диафрагме 8 (синий кружок) соответственно в 8 раз меньше фокусного расстояния объектива.

Попробуем рассчитать максимальный размер экрана, предположив, что у нас есть в наличии сверхсветосильная оптика.  Сейчас в продаже есть объективы со светосилой 1:1 и даже 1:0,95 (рис.II-18).



Рис.II-18. Объектив со светосилой 1:0,95.

Но предел светосилы, к которому можно приблизиться, это 1:0,7. И в своё время было изготовлено всего несколько объективов «Планар» с такими выдающимися характеристиками.

Поскольку площадь круга определяется по формуле S= πR2, то легко понять, что если радиус окружности при диафрагме 2 отличается от радиуса окружности при диафрагме 8 в 4 раза, то площадь отверстия, через которую проходит свет, будет отличаться  в 16 раз (четыре в квадрате).  Переходя от значения диафрагмы 2,8 к 2, мы получим двукратное увеличение площади входного отверстия (то, что называется 1 ступень). А перейдя от 2 к значению диафрагмы 0,7 мы получим 8-кратное преимущество в количестве пропускаемого объективом света.

Б.Горбачёв приводит такой пример из рипроекции:

«При цветной съёмке на плёнке ДС-2 при полезном световом потоке 10 000 лм едва удаётся снять негатив приемлемой плотности с экрана размером 2,3 х 3,2 м при съёмочной диафрагме 1:2,3.» (стр.190)

Как мы знаем из процитированного немного выше текста, световой поток в 10 000 люмен давали рирпроекторы средней мощности, а мощные рирпроекторы обеспечивали до 17 000 люмен при силе тока 225 Ампер. Поскольку освещенность прямо пропорциональна световому потоку (освещённость - это световой поток, поделённый на площадь),  то увеличение светового потока в 1,7 раз (до 17 000 лм) приводит к увеличению освещённости также в 1,7 раз.

Киноплёнка ДС-2, сбалансированная к дневному свету (ДС), имела светочувствительность 22 единицы.  При этом допустимая максимальная площадь экрана составляла 2,3 х 3,2  = 7,36 кв.м.

Теперь вместо киноплёнки ДС-2 со светочувствительностью 22 единицы ГОСТ мы получили Кодак SO-368 со светочувствительностью 160 единиц AСA. Поскольку разница между единицами ГОСТ и АСА составляла примерно 10% (90 единиц ГОСТ = 100 единиц АСА), то 22 единицы ГОСТ соответствовали 25 единицам АСА. Отсюда получаем выигрыш в светочувствительности в 160/25 = 6,4 раза.

А за счёт того, что вместо диафрагмы 1:2,3 теперь имеется 1:0,7 мы получаем выигрыш в количестве света в (2,3/0,7)2 =  10,8 раз.

Итого за счет увеличения светового потока рирпроектора, светочувствительности киноплёнки и светосилы объектива мы получили выигрыш в 1,7 х 6,4 х 10,8 = 117,5 раз.

Казалось бы, и площадь экрана теперь можно увеличить в 117 раз. Но не торопитесь, мы не упомянули ещё один фактор, влияющий на конечный результат.  Дело в том, что для создания эффекта  «лунной гравитации», необходимо замедлить движение всех предметов и объектов. Поскольку сила гравитации на Луне отличается от земной в 6 раз, скорость съёмки необходимо увеличить в корень квадратный из 6, т.е. примерно в 2,5 раза - съёмка должна производиться на частоте 60 к/с. Тогда при проекции с нормальной скоростью 24 к/с все объекты будут двигаться медленнее в 2,5 раза. Увеличение скорости съемки требует соответственно большего количества света. Таким образом полученную выгоду в 117,5 раз необходимо разделить на 2,5. Получаем в результате 47 - во столько раз можно увеличить площадь экрана. И вместо начальных 7,36 кв.м. мы можем позволить себе экран площадью 346 кв.м. Для сравнения - площадь экрана в кинотеатре «Октябрь» - 280 кв.м., а в IMAX - 385 кв.м..

Как видим, наибольший вклад в решение проблемы пересъёмки с большого экрана, внесла сверхсветосильная оптика,  она обеспечила 10-кратный выигрыш в количестве света.

Если вы интересовались темой полетов на Луну, то, наверное, читали о таком факте: НАСА заказала в Германии, у компании Цейс (Карл Цейс Йена), сверхсветосильную оптику для съемки обратной стороны Луны. Было изготовлено всего 10 объективов «Karl Zeis Planar f/0,7» с фокусным расстояние 50 мм (рис.II-19):  один остался у компании, 6 штук купили для НАСА. Остальные 3 достались Стенли Кубрику. Это были безумно дорогие объективы, уникальные в своём роде, стоимостью примерно в миллион долларов. Изготовлены они были в 1967 году, т.е. за 2 года до предполагаемого полета на Луну.



Рис.II-19. Фотообъектив Karl Zeis Planar f/0,7

Стенли Кубрик использовал эту оптику в фильме «Барри Линдон» (1975 г.), в сценах со свечами, где дополнительных источников света не было (рис.II-20). У этого объектива очень маленькая глубина резкости, что хорошо заметно на средних и крупных планах - объекты на переднем плане и в глубине кадра сильно размываются.



Рис.II-20. Кадры из фильма "Барри Линдон", снятые сверхсветосильной оптикой.

Вот только не понятно, зачем для съемки обратной стороны Луны нужна сверхсветосильная оптика? Обратную сторону Луны есть смысл фотографировать тогда, когда поверхность освещена Солнцем (в новолуние). Освещённость на поверхности Луны может составлять около 100 000 люкс, а значит, при этом необходимо сильно диафрагмировать объектив, не только до значения 8 или 11, а может и дальше, до 16 или 22. В солнечную погоду светосильная оптика не нужна. А когда производят ночные съемки, то просто увеличивают выдержку, время экспонирования - до нескольких секунд, и опять - особой нужды в светосильной оптике нет. Для чего может пригодиться на Луне сверхсветосильная оптика, да ещё  с маленькой глубиной резкости - вообще не понятно.

Я видел сообщения, что НАСА заказывала эти объективы для фотографирования терминатора - линии, разграничивающей на Луне день и ночь. 50 лет прошло уже с момента изготовления этих объективов, но что-то не встречал сообщений, чтобы ими кто-то снимал обратную сторону Луны или границу света и тени на Луне.

Как я полагаю, объектив был заказан для другой цели - для пересъёмки изображения с киноэкрана. Ведь не зависимо от того, просветный экран используется для комбинированных съемок или отражающий (как в кинотеатре),  добиться высокой освещенности экрана при его большой площади никак не удаётся, а снимать кадры пребывания астронавтов на Луне однозначно нужно на фоне большого экрана. А чтобы нормально проэкспонировать такой кадр, требуется светосильная оптика.

Однако, как мы увидим в последствии, эти объективы не были использованы для создания кадров "пребывания на Луне". При таком экстремальном значении диафрагмы (1:0,7) получалась очень маленькая глубина резко изображаемого пространства. А при реальной съёмке в солнечную погоду глубина резкости должна быть, из-за сильного диафрагмирования, как раз наоборот, очень большой (рис.II-21).



Рис.II-21. Зависимость глубины резко изображаемого пространства (ГРИП) от диафрагмирования объектива.

И, как всегда происходит у тех, кто долго ищет и экспериментирует, в конце концов был найден довольно хороший вариант имитации в павильоне эффекта съёмки якобы в солнечную погоду - с получением большой глубины резкости на большом пространстве. При этом специальная (светосильная) оптика не использовалась, а экран для фоновой проекции был просто гигантский.

Леонид Коновалов, продолжение следует.

Следующая часть, 3-тья: ссылка

Предыдущая часть, 1-я: ссылка

*                             *                            *

Примечание:

Фото с другим масштабом были сделаны с  применением макетов лунного модуля, ровера и куклой, изображающей астронавта.

Дополнение:

Видео стыковки американских модулей на орбите Луны, это макетная анимация, фактически кукольный мультфильм, смотрите: https://photo-vlad.livejournal.com/86276.html

Американцы никогда не были на Луне и я это докажу. Настоятельно рекомендую насафилитикам и прочим интеллектуально недостаточным пиндосолюбам не комментировать этот пост, не ознакомившись предварительно с данным материалом, иначе опять будете выглядеть очень глупо: Лунная афера: Хьюстон, у вас проблемы! https://photo-vlad.livejournal.com/4700.html

Этот блог целиком посвящён научному анализу американской фальсификации полётов на Луну: Лунная афера: Хьюстон, у вас проблемы!

Каталог всех статей журнала: https://photo-vlad.livejournal.com/33746.html

Чтобы сразу видеть мои свежие посты в своей ленте, пожалуйста, добавляйте мой блог в друзья и подписывайтесь на обновления.