Как получить снимки обратной стороны Луны. Математически-технический аспект
Оригинал взят у pilot_pirks в Как получить снимки обратной стороны Луны. Математически-технический аспект
7 октября 1959 года в 6.30 по московскому времени был послан сигнал на фотографирование. Умный аппарат прекратил беспорядочное вращение, датчики нашли на небе Солнце и нацелили аппарат на него. Программа полета была подобрана так, что с другой стороны станции была Луна. Лунный датчик нашел ее и автоматика перенацелила станцию, после этого в дело вступил фотоаппарат. Все 40 минут фотографирования система управления строго следила за Луной и корректировала возникающие возмущения. Дальше в дело пошла система проявки пленки. Потом эти снимки назовут «фотографиями века». Это была победа!
Но для этой победы пришлось решить очень много весьма необычных задач. Больше всего поражает то, что всю эту систему удалось создать всего за полтора года. Решение о разработке станции появилось в начале 1958 года.
Что-же было необычного в этом полете с технической точки зрения?
Для начала, сама траектория полета. Первоначально, траекторию станции проложили вне сферы действия Луны. Эту траекторию было удобно рассчитывать, легко было вывести при помощи системы управления ракеты, и на фотографирование она не влияла. Просто, на той версии станции, должны были бы стоять более длиннофокусные объективы. Благо, уже появились зеркально-линзовые объективы. К сожалению, при всех плюсах этой траектории у нее был один минус. Наша дальняя система космической связи тогда делала первые шаги. Уже начались разработки, которые приведут к созданию наших первых радиотелескопов, но на момент создания Луны-3 ничего конкретного у нас не было.
Для связи планировали использовать самые разнообразные инструменты, что были в наличии у радиоастрономов. А они, именно для космической связи,мало что могли предложить. Просто их аппаратура не предназначались для таких целей.
В результате, уверенную передачу изображения можно было осуществить только когда станция вернеться к Земле. И здесь начались проблемы
Космодром (как и весь Советский Союз) находился в Северном полушарии Земли. Псле облета Луны станция должна была вернуться в Южное полушарие. Где никаких станций у СССР не было. Можно было, правда, поместить необходимое приемное оборудование на какой-нибудь крейсер и отправить его в Южное полушарие. Но серьезно это не обсуждалось, так как у математиков появилось гораздо более интересное предложение. Они предложили воспользоваться гравитационным полем Луны для разворачивания плоскости орбиты станции. В результате этого маневра, она должна была вернуться именно в Северное полушарие и успешно передать данные на Землю.
Работа была настолько необычной и новаторской что, во время этой (по сути, узкоспециализированной работы) был открыт важный факт о всей Солнечной системе. Когда, по горячим следам, ТАСС сообщил параметры орбиты Луны-3, многие астрономы поспешили обрадовать читателей через газеты, что эта станция просуществует в космосе очень и очень долго. Действительно, перигей и апогей очень высокий, торможения об атмосферу нет. И тем занятно было заявление ТАСС, что станция довольно скоро войдет в атмосферу и сгорит. Что характерно, оказалась права.
В чем дело? При оценки траектории полета, ЭВМ показала, что стабильные орбиты могут находиться только в плоскости эклиптики. С небольшим отклонением в разные стороны. Если какой либо объект будет заметно выбиваться, то долго он не просуществует. И речь не только об АМС. Возьмём Луну и мысленно переведем ее на полярную орбиту. При этом, сохраним все остальное, ее массу, период обращения, большую полуось. Сколько она продержится на такой орбите? Оказалось очень мало. Всего несколько лет.
Проекция траектории полета на Луну
Вторым вопросом была пленка. Сейчас очень любят упоминать, что Луне-3 была использована фотопленка со сбитых американских шпионских аэростатных зондов. Но почему, было решено использовать именно ее?
По воспоминаниям разработчиков на это было две причины. Во первых, у нее был необычно тонкий и сильно задубленный эмульсионный слой, который в процессе обработки впитывал так мало влаги, что пленку нельзя было назвать мокрой, а только слегка влажной. Соответственно и сушка могла производиться путем простого прокатывания пленки на горячем барабане, окруженном влагопоглотителем, тем более, что и подложка и эмульсионный слой выдерживали высокую температуру.
Вторая причина была интересней. Для людей, которые хотя бы немного соприкасались с любительской фотографией, наверное, будет удивительным тот факт, что для обработки пленки использовался только один раствор, вместо обычных двух - проявителя и закрепителя с обязательной промежуточной промывкой. Знакомство с технической природой одностадийного процесса (его у нас называли одноступенчатым) еще более удивительно, что в растворе с определенной пропорцией были перемешаны несовместимые компоненты: проявитель и закрепитель.
Фокус заключается в разных скоростях действия этих компонентов. Проявитель действовал активнее и быстрее, а закрепитель автоматически блокировал процесс проявления, когда достигалась требуемая контрастность изображения.
Кто придумал одноступенчатый процесс не известно, но он на первых порах считался важным элементом, упрощающим построение ФТУ. Помимо относительной простоты реализации, он обладал малой зависимостью от окружающей температуры и стабильностью получения нужных характеристик обработки. Этот процесс всесторонне изучался, считался весьма перспективным и разрабатывался применительно к использованию только определенных типов фотопленки. Здесь и пригодилась американская пленка. Она как нельзя лучше подошла под него.
Хорошо, Луна успешно сфотографирована, передана на Землю и фотографии предъявлены всем желающим.
С точки зрения политики, миссия станция была завершена. С точки зрения ученых все еще только начиналось.
Ведь нужно было вытащить из этих снимков, покрытыми следами помех, нужную информацию и поместить ее на карту.
Для получения дополнительной информации снимки накладывали друг на друга, проецировали на глобус. Переведя в магнитную пленку увеличивали контрастность. Дело осложнилось тем, что почти сразу после полета умудрились потерять пленки с оригинальной телеметрией (найдены в 1965).
В связи с низким качеством изображения, было решено построить вероятностную карту обратной стороны Луны. Поместив на нее все выявленные объекты, но дополнительно указав шансы на то, что это Луна а не помехи
Получилась такая карта
http://sovams.narod.ru/Luna/Luna3/moon_map.jpg
Сразу возникает вопрос: Насколько она точна?
Я совместил карту составленную по результатам Луны -3 с современной. Видно, что ошибка чаще всего именно в координатах, а не в форме объектов. Только с советским хребтом напутали. Хотя винить здесь некого, с ЭВМ тогда была напряженка и пересчет координат приходилось делать вручную.
http://photo.qip.ru/photo/ppa/2629005/50044502.jpg
P.S Насчет любителей. Можно сказать, что обработка снимков с Луны-3 идет и сейчас. В частности, по ее данным, такой снимок обратной стороны Луны получил любитель космонавтики Рикардо Нунес в 2010 году
7 октября 1959 года в 6.30 по московскому времени был послан сигнал на фотографирование. Умный аппарат прекратил беспорядочное вращение, датчики нашли на небе Солнце и нацелили аппарат на него. Программа полета была подобрана так, что с другой стороны станции была Луна. Лунный датчик нашел ее и автоматика перенацелила станцию, после этого в дело вступил фотоаппарат. Все 40 минут фотографирования система управления строго следила за Луной и корректировала возникающие возмущения. Дальше в дело пошла система проявки пленки. Потом эти снимки назовут «фотографиями века». Это была победа!
Но для этой победы пришлось решить очень много весьма необычных задач. Больше всего поражает то, что всю эту систему удалось создать всего за полтора года. Решение о разработке станции появилось в начале 1958 года.
Что-же было необычного в этом полете с технической точки зрения?
Для начала, сама траектория полета. Первоначально, траекторию станции проложили вне сферы действия Луны. Эту траекторию было удобно рассчитывать, легко было вывести при помощи системы управления ракеты, и на фотографирование она не влияла. Просто, на той версии станции, должны были бы стоять более длиннофокусные объективы. Благо, уже появились зеркально-линзовые объективы. К сожалению, при всех плюсах этой траектории у нее был один минус. Наша дальняя система космической связи тогда делала первые шаги. Уже начались разработки, которые приведут к созданию наших первых радиотелескопов, но на момент создания Луны-3 ничего конкретного у нас не было.
Для связи планировали использовать самые разнообразные инструменты, что были в наличии у радиоастрономов. А они, именно для космической связи,мало что могли предложить. Просто их аппаратура не предназначались для таких целей.
В результате, уверенную передачу изображения можно было осуществить только когда станция вернеться к Земле. И здесь начались проблемы
Космодром (как и весь Советский Союз) находился в Северном полушарии Земли. Псле облета Луны станция должна была вернуться в Южное полушарие. Где никаких станций у СССР не было. Можно было, правда, поместить необходимое приемное оборудование на какой-нибудь крейсер и отправить его в Южное полушарие. Но серьезно это не обсуждалось, так как у математиков появилось гораздо более интересное предложение. Они предложили воспользоваться гравитационным полем Луны для разворачивания плоскости орбиты станции. В результате этого маневра, она должна была вернуться именно в Северное полушарие и успешно передать данные на Землю.
Работа была настолько необычной и новаторской что, во время этой (по сути, узкоспециализированной работы) был открыт важный факт о всей Солнечной системе. Когда, по горячим следам, ТАСС сообщил параметры орбиты Луны-3, многие астрономы поспешили обрадовать читателей через газеты, что эта станция просуществует в космосе очень и очень долго. Действительно, перигей и апогей очень высокий, торможения об атмосферу нет. И тем занятно было заявление ТАСС, что станция довольно скоро войдет в атмосферу и сгорит. Что характерно, оказалась права.
В чем дело? При оценки траектории полета, ЭВМ показала, что стабильные орбиты могут находиться только в плоскости эклиптики. С небольшим отклонением в разные стороны. Если какой либо объект будет заметно выбиваться, то долго он не просуществует. И речь не только об АМС. Возьмём Луну и мысленно переведем ее на полярную орбиту. При этом, сохраним все остальное, ее массу, период обращения, большую полуось. Сколько она продержится на такой орбите? Оказалось очень мало. Всего несколько лет.
Проекция траектории полета на Луну
Вторым вопросом была пленка. Сейчас очень любят упоминать, что Луне-3 была использована фотопленка со сбитых американских шпионских аэростатных зондов. Но почему, было решено использовать именно ее?
По воспоминаниям разработчиков на это было две причины. Во первых, у нее был необычно тонкий и сильно задубленный эмульсионный слой, который в процессе обработки впитывал так мало влаги, что пленку нельзя было назвать мокрой, а только слегка влажной. Соответственно и сушка могла производиться путем простого прокатывания пленки на горячем барабане, окруженном влагопоглотителем, тем более, что и подложка и эмульсионный слой выдерживали высокую температуру.
Вторая причина была интересней. Для людей, которые хотя бы немного соприкасались с любительской фотографией, наверное, будет удивительным тот факт, что для обработки пленки использовался только один раствор, вместо обычных двух - проявителя и закрепителя с обязательной промежуточной промывкой. Знакомство с технической природой одностадийного процесса (его у нас называли одноступенчатым) еще более удивительно, что в растворе с определенной пропорцией были перемешаны несовместимые компоненты: проявитель и закрепитель.
Фокус заключается в разных скоростях действия этих компонентов. Проявитель действовал активнее и быстрее, а закрепитель автоматически блокировал процесс проявления, когда достигалась требуемая контрастность изображения.
Кто придумал одноступенчатый процесс не известно, но он на первых порах считался важным элементом, упрощающим построение ФТУ. Помимо относительной простоты реализации, он обладал малой зависимостью от окружающей температуры и стабильностью получения нужных характеристик обработки. Этот процесс всесторонне изучался, считался весьма перспективным и разрабатывался применительно к использованию только определенных типов фотопленки. Здесь и пригодилась американская пленка. Она как нельзя лучше подошла под него.
Хорошо, Луна успешно сфотографирована, передана на Землю и фотографии предъявлены всем желающим.
С точки зрения политики, миссия станция была завершена. С точки зрения ученых все еще только начиналось.
Ведь нужно было вытащить из этих снимков, покрытыми следами помех, нужную информацию и поместить ее на карту.
Для получения дополнительной информации снимки накладывали друг на друга, проецировали на глобус. Переведя в магнитную пленку увеличивали контрастность. Дело осложнилось тем, что почти сразу после полета умудрились потерять пленки с оригинальной телеметрией (найдены в 1965).
В связи с низким качеством изображения, было решено построить вероятностную карту обратной стороны Луны. Поместив на нее все выявленные объекты, но дополнительно указав шансы на то, что это Луна а не помехи
Получилась такая карта
http://sovams.narod.ru/Luna/Luna3/moon_map.jpg
Сразу возникает вопрос: Насколько она точна?
Я совместил карту составленную по результатам Луны -3 с современной. Видно, что ошибка чаще всего именно в координатах, а не в форме объектов. Только с советским хребтом напутали. Хотя винить здесь некого, с ЭВМ тогда была напряженка и пересчет координат приходилось делать вручную.
http://photo.qip.ru/photo/ppa/2629005/50044502.jpg
P.S Насчет любителей. Можно сказать, что обработка снимков с Луны-3 идет и сейчас. В частности, по ее данным, такой снимок обратной стороны Луны получил любитель космонавтики Рикардо Нунес в 2010 году