Фотокамеры для съёмки в космосе

Снимать в космосе непросто. Обычная «земная» техника для этого не подходит. Чтобы решить эту проблему, задолго до наступления цифровой эры советские инженеры разработали уникальный аппарат — бесплёночную телекамеру, способную сканировать окружающее пространство.

Фотокамеры для съёмки в космосе

На войне все средства хороши

Можно ещё поспорить, какая гонка сверхдержав была яростнее — ядерная или космическая. И американский астронавт Нил Армстронг, ступивший на лунный грунт летом 1969 года, как минимум лукавил, когда произносил свою эпохальную фразу, по-прежнему звучащую на радиоволнах в дальнем космосе: «Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для всего человечества». По-настоящему первый шаг за пределы атмосферы, ознаменовавший начало космической эры, случился гораздо раньше. Его совершил запущенный 4 октября 1957 года «Спутник-1» — скромный, толком ничего не умевший аппарат, маленький подвиг которого открыл двери в космос. С этого момента развернулась космическая гонка. Не на жизнь, а на смерть.
Итак, первая веха взята — космический аппарат — советский космический аппарат! — вышел на орбиту. Следующим этапом покорения пространства закономерно стала наша бесстрастная ночная спутница — Луна. Инженеры обеих противоборствующих сторон со всей отдачей принялись за работу. В 1959 году Страна Советов запустила к естественному спутнику Земли сразу три АМС (автоматических межпланетных станции). Оснащённый магнитометром, счётчиком Гейгера и светоанализатором «Луна-1» — первый аппарат, развивший вторую космическую скорость, — пролетел мимо Луны, став искусственным спутником Солнца. Через девять месяцев вооружённая аналогичным оборудованием «Луна-2» благополучно достигла поверхности спутника. Точнее, разбилась где-то в Море Дождей, но так и было задумано. И наконец, спустя пару недель, в октябре того же года, АМС «Луна-3» открыла обратную сторону спутника. Но запустить нашпигованный проводами кусок металла в дальний полёт — ещё полдела. Главное, какую пользу, кроме морального удовлетворения, можно выжать из этого путешествия, ведь так? Для этого «Луну-3» оснастили камерой АФА-Е1 для съёмки невидимой стороны ночного светила. Плёнка проявлялась прямо на борту и с помощью разработанного ленинградским НИИ телевидения фототелевизионного устройства «Енисей» методом камеры бегущего луча передавалась в ЦУП. А дальше начинались настоящие трудности. Оказалось, получить картинку из космоса не так-то просто. Приём сигнала осуществлялся несколькими способами: съёмкой камеры бегущего луча на киноплёнку, фотографированием с экрана скиатрона (электронно-лучевой аналоговой трубки), записью на магнитную ленту и прямым выводом изображения на термохимическую бумагу. В итоге хоть сколько-нибудь удобоваримые результаты принесла только камера бегущего луча, все прочие способы дешифровки позволили, в лучшем случае, уловить общий сюжет изображения.
Так что от применения обычных плёночных фото- и видеокамер в последующих автоматических миссиях отказались. Они были чересчур громоздкими и тяжёлыми, требующими солидных запасов плёнки, не говоря уже о том, что агрессивная солнечная радиация, пронизывающая всё за пределами земной магнитосферы, для плёнки губительна. Да, «Луна-3» использовала особую киноплёнку, устойчивую к радиации и перепадам температур. Но! Такую плёнку в СССР на тот момент производить не умели. Её добывали из американских разведывательных зондов Project Genetrix, регулярно сбивавшихся над территорией СССР. Понятно, что по идеологическим соображениям это не афишировалось. Аналогичная отечественная плёнка появилась позже. Она предназначалась для киноаппаратов серии «К» Красногорского завода (производителя легендарных «Зенитов»), но их использовали только в пилотируемых миссиях. И вообще: как показал опыт всё той же «Луны-3», оснащение аппарата-невозвращенца плёночными камерами при несовершенстве системы передачи данных делает всё мероприятие, по сути, бессмысленным.

Один пиксель на всю бесконечность

10 декабря 1959 года вышло постановление ЦК КПСС и Совета Министров «О развитии исследований по космическому пространству», одним из главных предписаний которого стала разработка АМС для мягкой посадки на Луну, способной осуществить ближнюю съёмку поверхности. За постановлением последовало чёткое техзадание на создание специальной телевизионной камеры. Цена билета в космос — максимально возможная эффективность при предельной лёгкости и компактности конструкции. Применительно к камере, она должна иметь круговой обзор, не менее 250 строк на кадр, общее энергопотребление в пределах 60 ватт и вес не более 7 кг. Первый инженерный макет искомого устройства представил Всесоюзный институт телевидения ВНИИ-380. Прототип превышал заявленный расчётный вес почти на 3 кг, но использовал довольно остроумную технологию: направленная вверх неподвижная телекамера дополнялась поворотным зеркалом, отвечавшим за круговой обзор и выбор района фотографирования. Непосредственно панорамную съёмку она обеспечить не могла, но за счёт статичности самой камеры панораму можно было легко склеить из отдельных кадров на стадии постобработки.
Впоследствии конструкция многократно пересматривалась и дорабатывалась. Если судить по итоговому отчёту, на бумаге было спроектировано несколько десятков модификаций, как минимум десять из которых стали макетами. В конечном счёте сотрудники ВНИИ-380 сконструировали нечто качественно новое. Не просто телекамеру, но полноценный (для своего времени) сканер окружающего пространства — телефотометр «Волга»
В чём же суть изобретения? Обычные камеры работают по принципу проецирования изображения через затвор на некую матрицу (фотоплёнку, видикон, ПЗС), при этом готовая картинка получает энное разрешение по горизонтали и по вертикали. В телефотометре же есть только одна линейка, обеспечивающая разрешение по одной пространственной оси. Говоря современным языком, в сканере был только один приёмный пиксель, на который и проецировалась окружающая местность. Вертикальная развёртка (столбец пикселей) формировалась за счёт качания зеркала, горизонтальная (пиксельная строка) — за счёт поворота сканирующей головки вокруг своей оси. В качестве приёмного устройства использовался фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) — крайне чувствительная вакуумная лампа, способная распознавать не просто лучи, но и отдельные фотоны, что позволяло добиваться высокой чёткости. Телефотометр передавал изображение единой панорамой без каких-либо склеек. Единственный минус: «Волга» работала крайне медленно. Что называется, в час по чайной ложке. Но иногда недостатки становятся преимуществами. Проблему удалось решить за счёт перехода от радиосистем метрового диапазона, обеспечивающих быструю передачу данных в ущерб точности, на дециметровые радиосистемы. В этом случае трансляция одного кодированного изображения могла занимать часы, зато велась в реальном времени без подключения накопителя, что значительно упрощало конструкцию. В довершение телефотометр получился вдвое легче установленного норматива (3,4 кг) и потреблял всего 12-15 ватт — в четыре раза меньше дозволенного.
Оригинальный прибор «Волги» тут же был включён в инструментарий всех АМС, предназначенных для мягкой посадки на грунт, но Луну пионер отечественных сканеров так и не увидел. Первый оснащённый телефотометром аппарат «Луна-4» из-за ошибки в расчётах промахнулся мимо спутника аж на 8500 км (в такой «щели» могли бы поместиться ещё две с половиной Луны) и затерялся в космосе. К тому времени инженеры НИИ-885 уже приступили к созданию нового агрегата.
Новая модификация сканирующей камеры получила индекс Я-198. Принцип работы остался неизменным, а вот общую конструкцию пересмотрели основательно. В первую очередь ощутимо возросло разрешение — 500 линий против 250 «Волги». При этом энергопотребление удалось снизить до смешных 3 ватт, а вес — до 1,3 кг. В отличие от прототипа, Я-198 мог располагаться вне гермокорпуса, благодаря чему отпадала необходимость во влагопоглотителе и сложном защитном иллюминаторе. А это не только удешевление, но и облегчение конструкции. В общей сложности замена телефотометра позволяла выгадать порядка 4,2 кг. Благодаря камере Я-198 автоматическая станция «Луна-9» 3 февраля 1966 года впервые смогла получить чёткое панорамное изображение рельефа нашего бессменного каменного спутника при разном угле освещения.
Следующую посадочную станцию — «Луна-13» — было решено укомплектовать сразу двумя телефотометрами для стереоскопического сканирования. С объёмной картинкой затея не выгорела: при посадке один из сканеров вышел из строя, но благодаря дублёру свежие изображения всё же были получены. А на «Лунохо-де-1» и «Луноходе-2», прилунившихся в 1971 и 1973 годах соответственно, стояло уже по четыре телефотометра для вертикальной и горизонтальной съёмки. Их стараниями было получено порядка 300 Фотографий.

Межпланетные миссии

К моменту, когда колесо первого лунохода оставило след на податливом реголите, учёные уже растеряли интерес к Луне. На поверку оказавшись холодной, мёртвой и скучной каменной глыбой, спутник оправдал ожидания. Обещал разочаровать — и разочаровал. Гонка за Луну закончилась, настала очередь иных планет.
Почти все советские межпланетные миссии показали: наш человек без трудностей не может. Приветливый и относительно спокойный Марс не пожелал сотрудничать: почти сразу после приземления спускаемого аппарата «Марс-3» в 1971 году передача изображения бортовым телефотометром начала затухать и спустя 20 секунд окончательно прервалась. Предположительно, при посадке повредился аккумулятор камеры. Зато Венера, кромешный ад космических масштабов, покорилась советским исследователям и, пускай ненадолго, приоткрыла свою скрытую за ядовитыми облаками тайну.
От второй планеты ожидали всякого: что из-за плотности атмосферы ничего не будет видно; что конвекция от покрытой расплавленным металлом поверхности не позволит сделать контрастные снимки, а после болотом поглотит аппарат; что гипотетическая колоссальная рефракция позволит единым взглядом окинуть едва ли не всю планету…
Опасались не зря. Хоть поверхность планеты и представлена преимущественно пологими каменистыми склонами, температура до 480 °С и чрезвычайная плотность перегретых газов оказались губительными для любой техники.
Но кое-какие данные всё же удалось получить. По сей день фотографии, добытые советской миссией «Венера», остаются единственными и уникальными снимками венерианской поверхности. 22 октября 1975 года зонд «Венера-9» передал на Землю историческую панораму склона.
К сожалению, тогда сработал только один телефотометр, обращённый в сторону вершины (с противоположного сканера не отстрелилась защитная крышка), но и это был настоящий успех. «Маленький шаг»! «Венера-10», приземлившийся через три дня, подстраховал собрата и наконец передал в ЦУП полноценную картинку.
Последними спускаемыми аппаратами, сфотографировавшими злого близнеца Земли, стали «Венера-13» и «Венера-14».
Им удалось получить не просто безликий скан, а полноценное цветное изображение. Для этого их укомплектовали красными, зелёными и синими светофильтрами.
Советские телефотометры прекрасно зарекомендовали себя на поприще космических исследований, подарив науке массу уникальных снимков. И конец их оказался весьма символичен.
Во время полёта «Венеры-14» сигнал с аппарата ретранслировался на Землю через орбитальный модуль, который во время передачи удалялся от планеты. На последнем снимке видно, как слабеющий сигнал постепенно растворяет изображение в белом шуме. Так ушла эпоха.
Конечно, советские сканеры реальности не канули в небытиё.
Устройства, конструктивно похожие на телефотометры с цифровыми матрицами вместо ФЭУ, использовались на станции «Фобос-Грунт» и фигурируют в ряде будущих лунных и венерианских проектов. Так что технология, которой почти 60 лет, продолжает жить и развиваться.

Журнал: Историческая правда №3, март 2020 года
Рубрика: Фотокамеры для съёмки в космосе?
Автор: Кирилл Рогачёв

Метки: СССР, Луна, космос, планета, Венера, Историческая правда, АМС, Марс, съёмка, фотоаппарат, телекамера



Telegram-канал Багира Гуру


Исторический сайт Багира Гуру; 2010 —