Программа Apollo использовала несколько телевизионных камер в своих космических миссиях в конце 1960-х и 1970-х годах; некоторые из этих телевизионных камер Apollo также использовались в более поздних миссиях Skylab и Apollo–Soyuz Test Project . Эти камеры различались по конструкции, и качество изображения значительно улучшалось с каждой последующей моделью. Две компании производили эти различные системы камер: RCA и Westinghouse . Первоначально эти камеры с медленной разверткой (SSTV) работали со скоростью 10 кадров в секунду (кадр/с), производили только черно-белые изображения и впервые были запущены в полете миссии Apollo 7 в октябре 1968 года. Цветная камера — использующая систему последовательного цвета — запускалась в полете миссии Apollo 10 в мае 1969 года и в каждой последующей миссии. Цветная камера работала со стандартной для Северной Америки частотой 30 кадров в секунду. Все камеры использовали трубки захвата изображения , которые изначально были хрупкими, так как одна была непоправимо повреждена во время прямой трансляции первой прогулки миссии Apollo 12 по Луне. Начиная с миссии Аполлон-15 , на поверхности Луны использовалась более надежная, устойчивая к повреждениям камера. Все эти камеры требовали обработки сигнала на Земле, чтобы сделать частоту кадров и цветовое кодирование совместимыми со стандартами аналогового вещательного телевидения.
Начиная с Apollo 7, камера была установлена на каждом командном модуле Apollo (CM), за исключением Apollo 9. Для каждой миссии по посадке на Луну камера также помещалась в модульную сборку оборудования (MESA) посадочной ступени лунного модуля Apollo (LM). Размещение камеры в MESA позволило транслировать первые шаги астронавтов, когда они спускались по лестнице LM в начале первой лунной прогулки/выхода в открытый космос в ходе миссии . После этого камера отсоединялась от крепления в MESA, устанавливалась на штатив и уносилась от LM, чтобы показать ход выхода в открытый космос; или устанавливалась на лунном вездеходе (LRV), где ею можно было управлять дистанционно из Центра управления полетами на Земле.
NASA приняло решение о начальных спецификациях для телевидения на командном модуле Apollo (CM) в 1962 году. [2] [Примечание 1] Были изучены как аналоговые, так и цифровые методы передачи, но ранние цифровые системы все еще использовали большую полосу пропускания, чем аналоговый подход: 20 МГц для цифровой системы по сравнению с 500 кГц для аналоговой системы. [2] Видеостандарт для блока I CM означал, что стандарт аналогового видео для ранних миссий Apollo был установлен следующим образом: монохромный сигнал с 320 активными строками развертки и прогрессивной разверткой со скоростью 10 кадров в секунду (fps). RCA получила контракт на производство такой камеры. [2] В то время понимали, что точность движения от такой медленной телевизионной системы развертки (SSTV) будет ниже, чем у стандартных коммерческих телевизионных систем, но считалось достаточным, учитывая, что астронавты не будут быстро двигаться на орбите или даже на поверхности Луны. [5]
Поскольку скорость сканирования камеры была намного ниже, чем приблизительно 30 кадров в секунду для видео NTSC , [Примечание 2] телевизионного стандарта, использовавшегося в то время в Северной Америке, для показа изображений на обычном телевизоре требовалось преобразование сканирования в реальном времени . NASA выбрало преобразователь сканирования производства RCA для преобразования черно-белых сигналов SSTV с миссий Apollo 7, 8, 9 и 11. [6]
Когда телекамера Apollo передавала свои изображения, наземные станции получали его сырой непреобразованный сигнал SSTV и разделяли его на две ветви. Одна ветвь сигнала отправлялась необработанной на четырнадцатитрековый аналоговый магнитофон , где она записывалась на катушки диаметром четырнадцать дюймов с аналоговыми магнитными лентами шириной один дюйм со скоростью 3,04 метра в секунду. [7] Другая ветвь сырого сигнала SSTV отправлялась на сканирующий преобразователь RCA, где она обрабатывалась в вещательный телевизионный сигнал NTSC. [7]
Процесс преобразования начинался, когда сигнал отправлялся на высококачественный 10-дюймовый видеомонитор преобразователя RCA, где обычная телевизионная камера RCA TK-22 — использующая стандарт вещания NTSC из 525 сканированных строк, чересстрочных со скоростью 30 кадров в секунду — просто перефотографировала его экран. Монитор имел стойкие люминофоры, которые действовали как примитивный буфер кадров . [8] Аналоговый дисковый рекордер, основанный на модели Ampex HS-100 , использовался для записи первого поля с камеры. [8] Затем он подавал это поле и соответственно задержанную по времени копию первого поля на переключатель чересстрочной развертки полей NTSC (кодер). Объединенные исходные и скопированные поля создавали первый полный 525-строчный чересстрочный кадр, и сигнал затем отправлялся в Хьюстон. [8] Он повторял эту последовательность еще пять раз, пока система не отображала следующий кадр SSTV. [8] Затем он повторял весь процесс с каждым новым кадром, загружаемым из космоса в реальном времени. [9] Таким образом, цепь производила дополнительные 20 кадров в секунду, необходимые для создания изображений без мерцания для мировых телевещателей. [6]
Это живое преобразование было грубым по сравнению с электронными цифровыми методами преобразования начала 21-го века. Ухудшение изображения было неизбежным в этой системе, поскольку оптические ограничения монитора и камеры значительно снижали контрастность , яркость и разрешение исходного сигнала SSTV . Видео, показываемое на домашних телевизорах, еще больше ухудшалось из-за очень длинного и шумного аналогового пути передачи. [10] Преобразованный сигнал отправлялся по спутнику с принимающих наземных станций в Хьюстон, штат Техас. Затем сетевой пул передавался с помощью микроволновой ретрансляции в Нью-Йорк, откуда он транслировался в прямом эфире на Соединенные Штаты и весь мир. [11]
Apollo 7 и Apollo 8 использовали RCA-камеру с медленным сканированием, черно-белую камеру. [12] На Apollo 7 камера могла быть оснащена либо широкоугольным объективом на 160 градусов, либо телеобъективом с углом обзора 9 градусов. [13] Камера не имела видоискателя или монитора, поэтому астронавтам требовалась помощь Центра управления полетами при наведении камеры в режиме телефото. [Примечание 3]
В камере использовались сменные объективы, включая широкоугольный объектив с углом обзора 160 градусов и телеобъектив с фокусным расстоянием 100 мм. [16]
Камера [Примечание 4]
В октябре 1964 года НАСА заключило с Westinghouse контракт на поставку лунной телекамеры. [19] Стэн Лебар , руководитель программы по лунной телекамере Apollo, возглавлял команду в Westinghouse, которая разрабатывала камеру, делающую снимки с поверхности Луны.
Камера должна была быть спроектирована так, чтобы выдерживать экстремальные перепады температур на поверхности Луны, от 121 °C (250 °F) при дневном свете до −157 °C (−251 °F) в тени. [10] Другим требованием было поддерживать мощность около 7 Вт и помещать сигнал в узкую полосу пропускания антенны S-диапазона лунного модуля , которая была намного меньше и менее мощной, чем антенна сервисного модуля. [20] [Примечание 5]
Впервые камера была испытана в космосе во время миссии Аполлон-9 в марте 1969 года. [21] Камера была сложена в LM и использовала системы связи LM для оценки их производительности до начала лунных операций. [22] Это означало, что CM не имел видеокамеры для этой миссии. [23] Затем она была использована на Apollo 11, перевозимой в посадочной ступени LM, в счетверенной 4-модульной сборке для хранения оборудования (MESA). Именно из MESA она запечатлела первый шаг человечества на другом небесном теле 21 июля 1969 года. [21] Apollo 11 был первым и последним разом, когда камера использовалась на поверхности Луны; однако она летала в качестве резервной камеры в миссиях Apollo с Apollo 13 по Apollo 16 , на случай, если цветные камеры постигнет та же участь, что и камера Apollo 12. [1]
Габариты камеры составляли 269 мм × 165 мм × 86 мм (10,6 дюйма × 6,5 дюйма × 3,4 дюйма), а вес — 3,29 кг (7,3 фунта). Она потребляла 6,50 Вт электроэнергии. Ее байонетное крепление объектива позволяло быстро менять два сменных объектива, использовавшихся на Аполлоне-11: широкоугольный и объектив для лунного дня. [24] [Примечание 6]
Камера
Линзы [Примечание 7]
Цветные вещательные студийные телевизионные камеры в 1960-х годах, такие как RCA TK-41 , были большими, тяжелыми и потребляли много энергии. Они использовали три трубки изображения для генерации красного, зеленого и синего (RGB) видеосигналов, которые объединялись для создания составного цветного изображения. Эти камеры требовали сложной оптики для поддержания выравнивания трубок. Поскольку температурные колебания и вибрация легко могли бы вывести трехтрубную систему из строя, для операций на поверхности Луны требовалась более надежная система. [34]
В 1940-х годах CBS Laboratories изобрели раннюю цветовую систему, которая использовала колесо, содержащее шесть цветных фильтров, вращающихся перед одной трубкой видеокамеры для генерации сигнала RGB. [35] Названная системой цветности с чередованием полей , она использовала чересстрочное видео с последовательно чередующимися цветными видеополями для создания одного полного видеокадра. Это означало, что первое поле будет красным, второе синим, а третье поле зеленым — в соответствии с цветными фильтрами на колесе. [35] Эта система была и проще, и надежнее, чем стандартная трехтрубная цветная камера, и более энергоэффективной. [34]
Лебар и его команда Westinghouse хотели добавить цвет в свою камеру еще в 1967 году, и они знали, что система CBS, вероятно, будет лучшей системой для изучения. [36] Лунная цветная камера Westinghouse использовала модифицированную версию полевой последовательной цветовой системы CBS. [35] Цветовое колесо с шестью сегментами фильтров было размещено за креплением объектива. Оно вращалось со скоростью 9,99 оборотов в секунду, обеспечивая скорость сканирования 59,94 поля в секунду, такую же, как у видео NTSC. Синхронизация между цветовым колесом и скоростью сканирования приемной трубки обеспечивалась магнитом на колесе, который управлял генератором синхроимпульсов, управлявшим синхронизацией трубки.
Цветная камера использовала ту же видеотрубку SEC, что и монохромная лунная камера, запущенная на Аполлоне 9. Камера была больше, длиной 430 миллиметров (17 дюймов), включая новый зум-объектив. Зум-объектив имел переменное фокусное расстояние от 25 мм до 150 мм, т. е. коэффициент масштабирования 6:1. При самом широком угле он имел поле зрения 43 градуса, в то время как в экстремальном телефоторежиме он имел поле зрения 7 градусов. Диафрагма варьировалась от F4 до F44, с рейтингом пропускания света T5 . [27]
Обработка сигнала была необходима на наземных станциях приема на Земле для компенсации эффекта Доплера , вызванного движением космического корабля от Земли или к Земле. Эффект Доплера искажал цвет, поэтому была разработана система, которая использовала два видеомагнитофона (VTR) с задержкой ленты для компенсации эффекта. [35] Очищенный сигнал затем передавался в Хьюстон в NTSC -совместимом черно-белом формате. [Примечание 8]
В отличие от системы CBS, которая требовала специального механического приемника на телевизоре для декодирования цвета, сигнал декодировался в Центре управления полетами в Хьюстоне. Эта обработка видео происходила в реальном времени. Декодер отдельно записывал каждое красное, синее и зеленое поле на аналоговый магнитный дисковый рекордер. Действуя как кадровый буфер, он затем отправлял скоординированную цветовую информацию на кодер для создания цветного видеосигнала NTSC, а затем выпускал его в пул вещания. [34] После того, как цвет был декодирован, преобразование сканирования не было необходимым, поскольку цветная камера работала с той же частотой чересстрочной развертки 60 полей в секунду, что и стандарт NTSC. [36]
Впервые она была использована в миссии Apollo 10. Камера использовала дополнительный канал S-диапазона командного модуля и большую антенну S-диапазона для размещения большей полосы пропускания камеры. Она использовалась только в лунном модуле, когда он был пристыкован к командному модулю. В отличие от более ранних камер, она содержала портативный видеомонитор, который мог быть либо напрямую прикреплен к камере, либо плавать отдельно. В сочетании с новым зум-объективом это позволяло астронавтам иметь большую точность при кадрировании. [35]
Apollo 12 был первой миссией, использовавшей цветную камеру на поверхности Луны. Примерно через 42 минуты после начала трансляции первого выхода в открытый космос астронавт Алан Бин непреднамеренно направил камеру на Солнце, готовясь установить ее на штатив. Чрезвычайная яркость Солнца выжгла видеоприемную трубку, сделав камеру бесполезной. Когда камеру вернули на Землю, ее отправили в Westinghouse, и им удалось получить изображение на той части трубки, которая не была повреждена. [38] Процедуры были переписаны, чтобы предотвратить подобные повреждения в будущем, включая добавление крышки объектива для защиты трубки, когда камера была перемещена с MESA.
Цветная камера успешно освещала лунные операции во время миссии Аполлон-14 в 1971 году. Проблемы с качеством изображения возникли из-за того, что автоматическая регулировка усиления камеры (AGC) не могла получить правильную экспозицию, когда астронавты находились в условиях высококонтрастного освещения, и привела к переэкспонированию или « цветению » белых скафандров. Камера не имела схемы гамма-коррекции . Это привело к потере деталей в средних тонах изображения. [39]
После Apollo 14 она использовалась только в командном модуле, поскольку новая камера, созданная RCA, заменила ее для операций на поверхности Луны. Цветная камера Westinghouse продолжала использоваться в течение 1970-х годов во всех трех миссиях Skylab и в испытательном проекте Apollo–Soyuz .
Премии «Эмми» за выдающиеся достижения в области технических/инженерных разработок 1969–1970 годов были присуждены NASA за концептуальные аспекты цветной телевизионной камеры Apollo и Westinghouse Electric Corporation за разработку камеры. [40]
Камера
Линза
Из-за отказа камеры Apollo 12 новый контракт был заключен с предприятием RCA Astro Electronics в Ист-Виндзоре, штат Нью-Джерси . Команду разработчиков возглавил Роберт Г. Хорнер. Система RCA использовала новую, более чувствительную и долговечную телевизионную трубку камеры, недавно разработанную приемную трубку Silicon intensifier target (SIT). Улучшенное качество изображения было очевидно для публики благодаря лучшей тональной детализации камеры RCA в среднем диапазоне и отсутствию размытия, которое было заметно в предыдущих миссиях.
Система состояла из цветной телевизионной камеры (CTV) и блока управления телевидением (TCU). Они были подключены к релейному блоку лунной связи (LCRU) при установке на лунном вездеходе (LRV). Как и цветная камера Westinghouse, она использовала систему цветности field-sequential и использовала те же методы обработки сигнала наземной станции и цветового декодирования для создания вещательного цветного видеосигнала NTSC.
На Apollo 15 камера производила живые изображения с MESA LM, как и в предыдущих миссиях. Она была перемещена с MESA на штатив, где фотографировала развертываемый Lunar Rover Vehicle (LRV). После того, как LRV был полностью развернут, камера была установлена там и управлялась командами с Земли для наклона, панорамирования и увеличения и уменьшения масштаба. Это была последняя миссия, в которой было живое видео первых шагов миссии через MESA, так как в последующих полетах она была уложена вместе с LRV.
Используемые камеры, CM = командный модуль, LM = лунный модуль
Первоначально опубликовано штаб-квартирой NASA как Техническая записка NASA TN-A7476.
Первоначально опубликовано в ELECTRONICS , опубликовано McGraw Hill (1967).
.jpg/1280px-GCTA_transmission_from_the_LRV_(small).jpg)
