Как СССР первым снял другую сторону Луны?

В 1959 году советские учёные смогли сфотографировать обратную сторону Луны и передать на землю снимки.
Для того времени это был ряд весьма необычных задач: снимать надо на пленку, проявлять в космосе, передавать сигналы только когда спутник сможет вернуться к Земле.
В процессе преодоления всех преград был открыт важный факт о всей Солнечной системе.
И почему же советский спутник фотографировал на шпионскую фотопленку, снятую со сбитых американских аэростатов?

-1-

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 перенацелил 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.

-2-

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. Их аппаратура не предназначались для таких целей.
В результате, уверенную передачу изображения можно было осуществить только когда станция вернется к Земле.
И здесь начались проблемы Космодром (как и весь Советский Союз) находился в Северном полушарии Земли. После 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 - 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.

-3-

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.

-4-

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.
Пленка была предварительно испытана облучением пучков электронов с энергией 12 мэв из бетатрона, причем было доказано, что действие обычных потоков космических лучей не вызовет ее значительного почернения и не затруднит фотографирование, исключая потоки от солнечных вспышек, когда радиация может возрасти до 103 раза (что, однако, происходит не чаще 1—2 раз в год). Для проявления и фиксирования в одном растворе, к которому добавлялись вещества, увеличивающие вязкость (что необходимо в условиях вибрации и невесомости),
Для проявки было разработано специальное малогабаритное устройство. Проявление продолжалось около 3 минут. Рабочий раствор не менял свойств при хранении в условиях АМС в течение 15 суток. Процесс допускал интервал температур от +30° до +50° и даже до +70° при небольшом увеличении вуали.

Кто придумал одноступенчатый процесс не известно, но он на первых порах считался важным элементом.
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.

Это сообщение отредактировал romaniv - 2.09.2015 - 10:53

-5-

Сама сьемка производилась камерой "Енисей", разработанной в Ленинградском НИИ телевидения (НИИ-380).
Смежные пары кадров снимались одновременно, через обьективы 500 мм и 200 мм, на 35 мм пленку.
Система циклически меняла экспозицию от 1/200 до 1/800 сек.
Полученные изображения состояли из 40 кадров фильма и 15 фотографий (кадры 26-40). После сьемки пленка была автоматически проявлена и затем отсканирована с разрешением 1000 пикселей и 1,25 строк в секунду.
Затем сканированый материал был отправлен на Землю с помощью частотно модулированного аналогового видео с непрерывной несущей на частоте 183,6 МГц (фактически FM диапазон).
Система радиосвязи была разработана Богуславским в Научно-
исследовательском институте космического приборостроения.

-6-

Принимались изображения на временном пункте в Крыму (гора Кошка) на оборудовании "Енисей-1,2".
Был и резервный пункт, размещенный на Камчатке.
На наземной стороне прием совершался несколькими приборами: съемкой камеры бегущего луча на кинопленку, фотографированием с экрана скиатрона, записью на магнитную ленту и прямой вывод изображения на термохимическую бумагу.

Слева приемное оборудование, справа весь комплект в кунге:

-7-

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:

Это сообщение отредактировал romaniv - 2.09.2015 - 11:05

-8-

Сразу возникает вопрос: Насколько она точна?
При совмещении карты составленной 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.

-9-

Можно сказать, что обработка снимков с Луны-3 идет и сейчас. В частности такой снимок обратной стороны Луны получил любитель космонавтики Рикардо Нунес в 2010 году.

-10-

Схема станции Е-2А («Луна-3»)

-11-

Первый в истории снимок обратной стороны Луны.

-12-

Обратная сторона Луны, F объектива - 200 мм.

-13-

Полукомплект приемного комплекса "Енисей-I", для "быстрого" варианта. В "быстром" режиме частота строчной развертки составляла 50 Гц, время передачи полного кадра (на пленке) – 15 с. На этот режим камера переключалась при подлете АМС к Земле на достаточно близкое расстояние – 40-50 тыс.км.

-14-

Полукомплект приемного комплекса "Енисей-II".
На переднем плане - киноустановка для фиксации снимков на 35-мм пленку.
В "медленном" режиме работы ТВ комплекса длительность строки равнялась 1,25 с, время передачи кадра – около 30 мин. Потенциальная разрешающая способность - 100 элементов в строке, при 1600 строках в кадре.
Этот режим работы был необходим, когда АМС находилась на больших расстояниях от Земли.

-15-

Кадр 26.

-16-

Кадр 28.

-17-

Видеосигнал от Луна-3 оказался качественней, чем можно было предположить.
Сделанная в 1965 году с магнитной ленты фотография показывает детали четче и в более широком динамический диапазоне:

-18-

Хочу заострить внимание, что все описанное происходило в 1958-59 годах.
Созданная уже в те времена техника поражает.
Не говоря о том, что во время полёта впервые в мире был на практике осуществлён гравитационный манёвр.
Как это все делалось без привычных нам компьютеров и даже простеньких калькуляторов, лично для меня загадка.
Хотя я еще умею считать комплексные числа на логарифмической линейке и решать интегральные уравнения на бумаге.

Спасибо за терпение.
Источники 1, 2, 3, 4, 5, 6 и вики.

Спасибо, ТС. Вот ето фотографии! Ето вам не себяшки в зеркале айпфоном делать. И все ето за полтора года!!

Нестандартное мышление всегда поражало!
Спасибо, ТС!

Спасибо, пост очень интересен. Перед инженерами того времени снимаю шляпу (которой вообще-то нет). Поражают результаты, достигнутые на такой материальной базе. В музее видел пульт управления Луноходом, уже тогда поразило, как при применении схемотехники и технологий того времени были достигнуты поразительные результаты.
Вот фоку нашел, Правда качество почти как у обратной стороны Луны.

Это сообщение отредактировал Halabuda - 2.09.2015 - 11:05

Интересно название комплекса-Енисей.
Наверное конструкторы отдали дань своим корням?

И вот еще одна...

Я, думаю, больше поражает это все, любителей современных компьтерных игр.

Они, реально не понимают, как процессор, не "тянущий" Доту, может что-то делать в космосе))))))