ПЕРВОЕ ФОТОГРАФИРОВАНИЕ ОБРАТНОЙ СТОРОНЫ ЛУНЫ
Родионова Ж.Ф., Шевченко В.В.
7 октября 1959 г. советская автоматическая станция «Луна 3» впервые сфотографировала западную часть обратной стороны Луны и передала эти снимки на Землю. Таким образом, 1959 год стал началом новой эры в области исследований небесных тел и картографирования Луны. Фотосъемка продолжалась в течение 40 минут. При разработке оборудования для фотосъемки и передачи изображений с автоматической станции была создана система ориентации, состоявшая из оптических и гироскопических датчиков, логических электронных устройств и управляющих двигателей, разворачивавших станцию в нужном направлении. Фотосъемка осуществлялась камерой с двумя объективами, имевшими разные фокусные расстояния. Фотопленка проявлялась, фиксировалась, промывалась и высушивалась автоматическими бортовыми устройствами, а затем изображение передавалось по команде с Земли на наземные приемные станции (Первое фотографирование обратной стороны Луны, 1959 г.). Изображения восточной части видимой стороны и западной части обратной стороны Луны были переданы на Землю по радиосвязи.
Легендарный конструктор космической техники, соратник и заместитель главного конструктора Сергея Павловича Королёва, академик Борис Евсеевич Черток в своих воспоминаниях о событиях далекого октября 1959 года так описывал эпизод получения первых фотографий обратной стороны Луны (Черток 1996):
«Я пристроился рядом с Богуславским у аппарата открытой записи на электрохимической бумаге. С приемного пункта докладывали:
— Дальность — пятьдесят тысяч. Сигнал устойчивый. Есть прием!
Дали команду на воспроизведение изображения. Опять ответственность лежит на ФТУ. На бумаге строчка за строчкой появляется серое изображение. Круг, на котором различить подробности можно при достаточно большом воображении.
Королев не выдержал и ворвался к нам в тесную комнатку.
— Ну что там у вас? — У нас получилось, что Луна круглая, — сказал я.
Богуславский вытянул из аппарата записанное на бумаге изображение, показал Королеву и спокойно разорвал. СП даже не возмутился.
— Зачем же так сразу, Евгений Яковлевич? Ведь это первый, понимаешь, первый!
— Плохо, много всякой грязи. Сейчас мы уберем помехи и следующие кадры пойдут нормально. Постепенно на бумаге появлялись один за другим все более четкие кадры.
Мы ликовали, поздравляли друг друга. Богуславский успокаивал, что на фотопленке, которую обработаем в Москве, все будет гораздо лучше».
На этих снимках поверхность Луны была запечатлена при освещении солнечными лучами, падающими при углах наклона близких к 90 градусам. В таких условиях на лунной поверхности плохо различаются отдельные формы рельефа, но хорошо видны детали альбедо (темные и светлые участки). К тому же множество помех отобразилось на снимках. Все это естественно мешало дешифрированию фототелевизионных изображений. Разработка методов изучения этих снимков, выявление деталей лунной поверхности, а также составление первой карты обратной стороны Луны были выполнены под руководством Ю. Н. Липского (Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ) и Н.А.Соколовой (Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии) в Москве. Одновременно и независимо такая же работа была осуществлена под руководством А.В. Маркова (Главная астрономическая обсерватория Академии наук СССР в Пулково) и в Харькове под руководством Н.П. Барабашова (Астрономическая обсерватория при Харьковском государственном университете им. А.М. Горького).
Подробное описание аппаратуры, методов получения изображений, дешифрирования снимков и результатов их обработки приведено в Атласе обратной стороны Луны, 1960 г (Атлас обратной стороны Луны, 1960). Диаметры оригинальных крупномасштабных и мелкомасштабных изображений лунного диска, полученных фоторегистраторами на Земле, составляли 25 и 10 мм соответственно. Были также использованы позитивы на фотобумаге и на фотопленке, изготовленные на аппаратах, воспроизводящих изображения по сигналам АМС, записанным на магнитную ленту. На этих позитивах диаметры лунного диска составляли 100 мм для мелкомасштабных фотографий и около 250 мм – для крупномасштабных. Многократная повторная запись всех кадров в специально подобранных режимах работы аппаратуры (фотометрические разрезы) позволила в последующем повысить возможности дешифрирования изображений московской группой ученых. Метод фотометрических разрезов состоял в многократном усилении радиотехническими средствами контрастов между имеющимися на негативе деталями выборочно, по участкам, сходным по своим фотометрическим свойствам.
Насколько нам известно, в России не было опубликовано своих карт Луны до 1960 года. Однако, первая в мире «Карта обратной стороны Луны» была составлена и издана в СССР. В процессе дешифрирования все образования лунного рельефа были разделены на три категории. К первой из них отнесены образования, имеющие четкие очертания и хорошо различимые на трех и более кадрах, а также все объекты краевой зоны видимого полушария. Ко второй категории отнесены образования, заметные только на двух кадрах. К третьей категории — образования, имеющие нечеткие очертания. Особыми условными знаками на карте выделены образования более темные и более светлые, чем окружающая местность и лучевые системы. По известным координатам станции, и ее расстоянию от Луны была построена координатная сетка во внешней перспективной проекции, использованная для привязки деталей видимой стороны Луны, чтобы по известным деталям лунной поверхности осуществить координатную привязку неизвестных до этого образований на обратной стороне Луны. По правилам, принятым Международным астрономическим союзом, имена лунным образованиям даются в память уже умерших деятелей науки и техники. Более того, соответствующие структуры МАС не рассматривают предложения ранее, чем через три года после смерти человека, память о котором предполагается увековечить. Таким образом, обеспечивается высокая ответственность при принятии решения. Ведь сохранившиеся со времен Дж. Риччиоли названия просуществовали уже в течение веков. И те имена, которые помещаются на лунные карты в наши дни, также останутся в истории человечества навечно.
С.П. Королев по возвращении в ОКБ начал приглашать к себе астрономов, с которыми рассматривал фотографии и советовался, какие имена присвоить вновь открытым образованиям на невидимой стороне. Борис Евсеевич Черток в своей книге пишет: «Королев был стратег. Он спешил взять инициативу в свои руки, опасаясь, что ее захватят в будущем, те, кто получит лучшие снимки. Надо взять все, что можно от каждого космического успеха.
27 октября в газетах была опубликована фотография обратной стороны Луны. Казалось триумф был полный. Но с присвоением имен получилась осечка. Вмешался ЦК КПСС, и столь ответственная работа была поручена специальной комиссии президиума Академии наук. После долгих споров предложения о наименованиях были переданы в ЦК для одобрения. Там не спешили… Решение президиума Академии после всех согласований было опубликовано только 18 марта 1960 года. В первоначальном проекте наименований не было Курчатова. После его смерти в феврале Келдыш и Королев добились включения его в список. Теперь его имя на карте Луны соседствует с Джордано Бруно.»
XI-ая Генеральная ассамблея МАС, состоявшаяся в 1961 г. в г. Беркли (США), Резолюцией № 2 Комиссии 16 утвердила первые 18 названий объектов на обратной стороне Луны (Resolutions Adopted at the GeneralAssemblies). Таблица 1 представляет собой фотокопию страницы материалов XI-ой Генеральной ассамблеи МАС, на которой приведен указанный список.
Таблица 1 (Transactions of the International Astronomical Union, 1961). 
Снимки, полученные с борта АМС «Луна-3», позволили обнаружить разветвленную лучевую систему кратера Джордано Бруно, сложную структуру дна кратера Циолковский, показать вновь обнаруженные светлые лучевые системы. Интересно отметить, что контур западной границы образования, названного на этой карте Морем Мечты, является западным краем бассейна, названного на современных картах бассейном Южный полюс — Эйткен. На карте также выделены образования более темные относительно окружающего вала кратеров. Поскольку, как было указано выше, первая карта обратной стороны Луны была построена в ортографической проекции, и центральным меридианом был выбран меридиан +120°, Море Краевое, Море Смита и Море Гумбольдта, рассоложенные в либрационной зоне, показаны с наименьшими искажениями. Название Море Москвы (в латинском варианте Mare Moscoviense ), официально утвержденное на Генеральной ассамблее Международного астрономического союза в августе 1961 года, нарушало сложившийся десятилетиями порядок именования лунных морей на видимой стороне Луны. Моря обычно называли или различными душевными состояниями (Море Спокойствия, Моря Ясности, Море Мечты и пр.) или связанными с водой словами (Море Влажности, Море Волн, Море Паров и пр.). Многие споры по поводу этого названия удалось остановить французскому астроному Одуену Дольфюсу, который сумел успокоить астрономическое сообщество и остановить диспут, заметив, что «Москва — это, по сути, тоже душевное состояние»
Диаметр полушария Луны на карте составил 34,76 см. Координатная сетка проведена через 10 градусов. Карта, помещенная в Атласе обратной стороны Луны, была разделена на четыре части, которые составлены с перекрытием между ними. Исходным материалом для восточной части видимой стороны (западной части карты) использована карта Уилкинса (Wilkins 1958). В этой зоне показаны Море Гумбольдта, кратеры Эндимион и Клеомед, Море Змеи, Море Кризисов, Море Краевое, Море Смита, Море Волн, Море Пены, Море Изобилия, кратеры Лангрен, Венделин, Петавий, Море Южное. Детали обратной стороны Луны, впервые увиденные землянами, показаны на ней условными знаками, их координаты определены в единой селенографической системе координат. На обратной стороне показаны кратеры: Джордано Бруно, Максвелл, Ломоносов, Эдисон, Жолио-Кюри, Жюль Верн, Герц, Попов, Лобачевский, Пастер, Цзу Чун-чжи, Менделеев, Циолковский, Склодовская-Кюри, Курчатов, а также Море Москвы, Море Мечты, Залив Астронавтов. Светлому протяженному образованию, которое по аналогии с некоторыми деталями рельефа видимого полушария было идентифицировано, как горная структура, было дано название Хребет Советский. Однако, последующие съемки при различных условиях освещения не подтвердили наличие в этом месте горного хребта и название удалили из списков наименований. Также в современной номенклатуре не сохранилось название Залив Астронавтов, хотя соответствующее морфологическое образование более поздними съемками было подтверждено.
Для сравнения на рис. 5 приведены карта отражательной способности сфотографированной области, построенная пулковскими астрономами, и карта обратной стороны Луны, составленная по материалам АМС «Луна 3» в Аризонском университете (Whitaker 1963).
Источник
Как фотографировалась невидимая сторона Луны
К концу 50-х годов XX века отечественная наука и техника достигли уровня, который позволял запустить автоматическую станцию к Луне. И вот, 4 октября 1959 года, впервые в мире, «лунный фотограф» — автоматическая межпланетная станция (АМС) «Луна-3» направилась в сторону нашего естественного спутника. Вес последней ступени ракеты-носителя достигал по тому времени колоссальной величины-1553 кг, из которых 278,5 кг приходилось на научную станцию. Внутри контейнера с научной аппаратурой находилась фототелевизионная установка для получения и последующей передачи на Землю космических снимков Луны.
АМС «Луна-3»
К 7 октября АМС «Луна-3» достигла района Луны, тогда была проведена (впервые в космической технике) ориентация АМС по опорным объектам — Солнцу и Луне. После этого, ориентация АМС поддерживалась автоматически в течение всего времени фотографирования.
После подачи на борт соответствующей команды с Земли, в 6 ч. 30 мин. по московскому времени, фототелевизионная камера «Енисей» начала съемку невидимой с Земли стороны Луны.
«Съёмка проводилась 7 октября 1959 года, когда Солнце освещало около 70% обратной стороны спутника Земли. Луна-3 сфотографировала почти половину поверхности Луны, из них две трети — невидимой с Земли стороны. Закончив съёмку, «Енисей» осуществил проявку экспонированной плёнки, которая после этого была перемотана в специальный накопитель. Принятый с борта телеметрический сигнал показал, что камера «Енисей» сработала. Но есть что-нибудь на плёнке или нет, поначалу было не ясно. Поступила команда включения аппаратуры станции на передачу телевизионного сигнала. Сначала пошло изображение тест-строки, впечатанной на плёнку ещё на Земле. Окрылённые успехом руководители космической программы приняли решение о включении лентопротяжного устройства. И вот, во время очередного сеанса связи с Луной-3, фиолетовая точка на экране монитора начала строчка за строчкой выписывать первое изображение лунной поверхности. И хотя этот и последующие кадры принимались из космоса изрядно подпорченные «помехами», восторгу учёных и ракетчиков не было предела.
По мере приближения станции к Земле контрастность изображений увеличивалась, а качество «картинки» улучшалась. Когда станция ушла в «тень», часть специалистов получила разрешение покинуть НИПы (наземные измерительные пункты), но основной состав бригад был оставлен для продолжения работ после выхода её из «тени», которое ожидалось 19-20 октября. Увы, в назначенное время Луна-3 не подала признаков жизни — с борта не удалось принять не только телевизионный сигнал, но и телеметрические данные. Самая вероятная причина внезапного молчания — выход из строя передатчиков или источников энергии.
Луна-3 просуществовала ещё несколько месяцев, сделав 11 витков по своей вытянутой орбите, и сгорела в земной атмосфере в апреле 1960 года.»
На Землю удалось передать всего 17 «отсканированных» изображений, после чего связь с космическим аппаратом была потеряна. Прием сигнала осуществляли в Симеизской обсерватории. Материалы съёмок, переданные на Землю, были направлены для изучения в три астрономических учреждения СССР: Главную астрономическую обсерваторию в Пулково, Астрономическую обсерваторию Харьковского университета и Государственный астрономический институт им. П. К. Штернберга МГУ.
Один из снимков обратной стороны Луны, переданный на Землю
Разработка межпланетной автоматической станции Луна-3 включала в себя три равнозначных этапа:
- Разработка бортовой фототелевизионной камеры «Енисей»
- Разработка процесса химико-фотографической обработки фотоплёнки и малогабаритного устройства для его осуществления
- Разработка бортовой телепередающей аппаратуры «Енисей-I» и аппаратуры «Енисей-II» для приёма информации на Земле с плёнки, обработанной на борту Луны-3
Все три этапа по значимости действительно равны, ибо отказ на любом из них не позволил бы достичь желаемой цели — получить фотографии обратной стороны Луны. Но на всех этих этапах, связанных между собой, аппаратура сработала точно по заданной программе, и был получен превосходный, уникальный результат.
В соответствии с техническим заданием заказчика плёнка на борту МАС (межпланетной автоматической станции) Луна-3 должна была обрабатываться с учётом следующих обстоятельств:
- наличие невесомости и значительной вибрации;
- температура обрабатывающих растворов могла колебаться в пределах 15 градусов (на Земле температура при обработке чёрно-белой плёнки поддерживается с точностью 0,3 градуса); в дальнейшем оказалось, что температура на станции Луна-3 могла повышаться до 50 и даже 70 градусов;
- отсутствие условий для сушки плёнки после её химико-фотографической обработки;
- объём, выделенный для устройства обработки плёнки, не позволял использовать оборудование, вмещающее более 1 л раствора;
- посадка МАС Луна-3 на Землю не предусматривалась.
Исходя из указанных выше весьма жёстких условий и технического задания, а также учитывая весьма ограниченную площадь для размещения прибора для химико-фотографической обработки плёнки на борту МАС Луна-3, его разработка потребовала огромных усилий, большого объёма научных исследований и конструкторской деятельности.
Эта работа, относящаяся ко II этапу, была поручена Научно-исследовательскому кинофотоинституту (НИКФИ). Она проводилась в лаборатории фотовоспроизведения под общим руководством профессора Н.И. Кириллова.
Непосредственным разработчиком и автором процесса химико-фотографической обработки плёнки для его применения на борту МАС в состоянии невесомости являлась автор настоящей статьи, а малогабаритное устройство для обработки плёнки в этом процессе было сконструировано и изготовлено Е.М.Фельдшеровым.»
Из воспоминаний Александры Павловны Стрельниковой — сотрудника НИКФИ, непосредственного разработчика и автора процесса химико-фотографической обработки плёнки Журнал «Мир техники кино» 2-2006 с.36
«Для фотографирования Луны наши конструкторы создали фототелевизионную аппаратуру, способную работать в сложных условиях космического полёта, устойчивую к изменениям температурного режима, сохраняющую фотоматериалы, несмотря на вредное воздействие космических излучений. Одним из условий работы этой аппаратуры было чёткое взаимодействие всех её механизмов в условиях невесомости.
На межпланетной станции использовался фотоаппарат с двумя объективами. Как известно, от величины фокусного расстояния объектива зависит масштаб даваемого объективом изображения. Один объектив станции имел фокусное расстояние 200 мм и относительное отверстие 1:5,6. Этот объектив давал изображение лунного диска, которое полностью вписывалось в кадр. Другой имел фокусное расстояние 500 мм и относительное отверстие 1:9,5 и позволял фотографировать детали.
После того, как система ориентации навела объективы на Луну, в течение 40 мин. производилась съёмка. Фотографирование велось на специальную 35-миллиметровую плёнку. Сигнал о начале съёмки был подан с Земли по радио, после чего дальнейший процесс съёмки и сложный процесс обработки фотоплёнки производились автоматически по заданной программе. Последний снимок был сделан при расстоянии автоматической межпланетной станции от Луны 68 400 км.
Съёмка производилась с автоматическим изменением экспозиции, с тем чтобы не ошибиться и наверняка получить снимки высокого качества.
Уникальные кадры были проявлены и зафиксированы специальным малогабаритным автоматизированным устройством. Процесс обработки был продуман таким образом, что он почти не зависел от изменения температуры внутри станции и не нарушался вследствие почти полной невесомости аппаратуры и химических реактивов. После обработки плёнка просушивалась, а испарённая влага поглощалась, благодаря чему была обеспечена длительная сохранность фотоплёнки. После всей этой обработки фотоплёнка также автоматически поступала в специальную кассету, где и сохранялась до момента передачи зафиксированных на ней изображений на Землю.
Ещё на Земле, перед посылкой ракеты в сторону Луны, на фотоплёнку были экспонированы испытательные знаки, причём часть этих знаков тут же на Земле была проявлена. Другая часть знаков проявлялась уже на борту межпланетной автоматической станции в процессе обработки заснятых кадров с изображением обратной стороны Луны. Эти знаки были переданы на Землю и дали возможность осуществить контроль процессов съёмки, обработки и передачи изображений . И всё это при расстоянии между наземными наблюдательными пунктами и космической лабораторией почти 500 000 км!»
Массовая Радиобиблиотека (МРБ) #385 — Г.Б.Богатов — Как было получено изображение обратной стороны Луны, Ленинград, 1961
Для того, чтобы получить изображение поверхности Луны потребовалось разработать специальный фототелевизионный комплекс.
Основу этой системы составляют фотоаппарат, компактная проявочная машина и сканирующее устройство. Такое сочетание позволяет передавать большие объёмы информации в течение длительного времени маломощным передатчиком, используя каналы связи с невысокими помехоустойчивостью и частотно-фазовыми характеристиками. Телевизионный способ передачи с большим разрешением предполагает немедленную передачу с широкой полосой частот, чаще всего недоступной на больших расстояниях. В фототелевизионной системе снимок, сделанный с моментальной выдержкой, после проявления и сканирования может передаваться сколько угодно долго. Это позволяет получать качество изображения, недоступное телекамерам.
Следует учитывать, что в момент запуска космической станции «Луна-3» космическая связь делала лишь первые свои шаги. Принимавшаяся на Земле часть излучения бортового передатчика станции была по мощности в 100 млн. раз меньше сигнала, который поступает на антенну обычного бытового телевизора.
Поэтому было принято решение осуществлять фотографирование обратной стороны Луны в два этапа: произвести фотосъёмку и обработку фотоматериала и сканирование фотоизображения и, в дальнейшем, передать радиосигнал на землю. Передача радиосигнала также предусматривала два режима: один — при помощи частотной модуляции — позволял передавать быстро, но менее качественно. Второй — с использованием фазовой модуляции — был более медленным.
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.
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.
Комплекс бортовой фототелевизионной аппаратуры «Енисей» для станции Луна-3
7 октября 1959 года во время сеанса фотографирования была заснята почти половина поверхности Луны (одна треть — в краевой зоне, две трети — на обратной невидимой с Земли стороне). Фототелевизионное устройство «Енисей» было разработано Ленинградским НИИ телевидения (сам фотоаппарат АФА-Е1 — Красногорским механическим заводом). Фотографирование производилось с выдержками 1/200, 1/400, 1/600 и 1/ 800 с. в течение 40 мин.
Cпециальный фотографический процесс, успешно примененный при первых в истории съемках обратной стороны Луны, был разработан cпециалистами НИКФИ (под руководством С. М. Антонова, К. С. Богомолова, Н. И. Кириллова, Н. С. Овечкиса и В. И. Успенского).
Для тех, кто хотя бы немного знаком с плёночной фотографией, будет удивительным тот факт, что для обработки пленки использовался только один раствор, вместо обычных двух — проявителя и закрепителя с обязательной промежуточной промывкой. В растворе в определенной пропорции были перемешаны несовместимые компоненты: проявитель и закрепитель. Ключевым моментом является разная скорость действия этих компонентов. Проявитель действовал активнее и быстрее, а закрепитель автоматически блокировал процесс проявления, когда достигалась требуемая контрастность изображения.
Для проявления и фиксирования в одном растворе, к которому добавлялись вещества, увеличивающие вязкость (что необходимо в условиях вибрации и невесомости). Для проявки было разработано и изготовлено 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.
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.
Сведений о том, кто изобрёл одноступенчатый процесс, нет. Людям всего мира эта технология известна по достижениям космических аппаратов и моментальным камерам Polaroid, которые придумал Эдвин Герберт Лэнд.
Основной соперник СССР в космической гонке, США, реализовал такой подход лишь спустя шесть лет, в ходе миссии Lunar Orbiter.
История примененной в камере «Енисей» фотопленки типа АШ шириной 35 мм необычна. По свидетельству специалистов, промышленность СССР к тому времени еще не освоила производства фотопленки, удовлетворявшей необходимым требованиям. Но выручила «русская смекалка». С середины 50-х годов США стали использовать в разведывательных целях воздушные шары, снабженные специальной фотоаппаратурой. Они запускались с военных баз в странах Западной Европы и, следуя по направлению воздушных течений, появлялись над СССР. Сбито этих «шариков» было немало. Фотопленка с этих шаров-шпионов оказалось по своим параметрам пригодна для использования в бортовой аппаратуре «Енисей». У плёнки 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. Пленка также 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).
Тогда и было принято, в тайне от высокого начальства, решение разрезать её на требуемый размер, отперфорировать и применить для фотографирования невидимой стороны Луны. Отсюда становится понятным озорное обозначение типа фотопленки — «АШ» («американские шарики»).
Источник