Программа Лунного Орбитального аппарата

Лунный орбитальный космический корабль

Программа Lunar Orbiter представляла собой серию из пяти непилотируемых лунных орбитальных аппаратов миссий , запущенных Соединенными Штатами с 1966 по 1967 год. Целью была помощь в выборе мест посадки Аполлона путем составления карты поверхности Луны. они предоставили первые фотографии с лунной орбиты и сфотографировали Луну и Землю.

Все пять миссий прошли успешно, и 99 процентов лунной поверхности было нанесено на карту по фотографиям, сделанным с разрешением 60 метров (200 футов) или выше. Первые три миссии были посвящены съемке 20 потенциальных мест высадки экипажа на Луну, выбранных на основе наземных наблюдений. Они летали на орбитах с низким наклонением. Четвертая и пятая миссии были посвящены более широким научным целям и выполнялись на высотных полярных орбитах. Lunar Orbiter 4 сфотографировал всю ближнюю и девять процентов дальней стороны, а Lunar Orbiter 5 завершил съемку обратной стороны и получил изображения 36 предварительно выбранных изображений среднего (20 м или 66 футов) и высокого (2 м или 6 футов 7 дюймов) разрешения. области. Все космические корабли Lunar Orbiter были запущены ракетами-носителями Atlas-Agena -D.

Лунные орбитальные аппараты имели гениальную систему визуализации, которая состояла из камеры с двумя объективами , блока обработки пленки, считывающего сканера и устройства для обработки пленки. Оба объектива, узкоугольный объектив высокого разрешения (HR) 610 мм (24 дюйма) и широкоугольный объектив среднего разрешения (MR) 80 мм (3,1 дюйма) помещали экспозицию кадра на один рулон 70-мм пленки . Оси двух камер совпадали, поэтому область, отображаемая на кадрах HR, была центрирована внутри областей кадра MR. Во время экспозиции пленку перемещали, чтобы компенсировать скорость космического корабля , которую определял электрооптический датчик. Затем пленка была обработана, отсканирована, и изображения переданы обратно на Землю.

Во время миссий Lunar Orbiter были сделаны первые фотографии Земли в целом, начиная с подъема Земли над лунной поверхностью аппаратом Lunar Orbiter 1 в августе 1966 года. Первый полный снимок всей Земли был сделан Lunar Orbiter 5 в августе 1966 года. 8 августа 1967 года. Вторая фотография всей Земли была сделана аппаратом Lunar Orbiter 5 10 ноября 1967 года.

Космический корабль и подсистемы

Схема лунного орбитального аппарата (НАСА)

Предложение Boeing- Eastman Kodak было объявлено НАСА 20 декабря 1963 года. Главный автобус лунного орбитального аппарата имел общую форму усеченного конуса, 1,65 м (5 футов 5 дюймов) в высоту и 1,5 м (4 фута 11 дюймов) в высоту. диаметр у основания. Космический корабль состоял из трех палуб, поддерживаемых фермами и аркой. На аппаратной палубе в основании корабля находились аккумулятор, транспондер , полетный программист, инерциальный опорный блок (IRU), «Канопус» звездный трекер , декодер команд, мультиплексный кодер, усилитель на лампе бегущей волны (TWTA) и фотографическая система. Четыре солнечные панели были установлены так, чтобы выступать из этой палубы с общим пролетом 3,72 м (12,2 фута). Из основания космического корабля также выступала антенна с высоким коэффициентом усиления на стреле длиной 1,32 м (4 фута 4 дюйма) и антенна с низким коэффициентом усиления на стреле длиной 2,08 м (6 футов 10 дюймов). Над палубой оборудования на средней палубе располагались двигатель управления скоростью, топливные баки, окислитель и наддувные баки, солнечные датчики и детекторы микрометеороидов. Третья палуба состояла из теплового экрана, защищавшего космический корабль от срабатывания двигателя управления скоростью. Сопло двигателя выступало через центр щита. По периметру верхней палубы были установлены четыре двигатели ориентации .

Мощность 375 Вт обеспечивалась четырьмя солнечными батареями, содержащими 10 856 солнечных элементов n/p, которые должны были непосредственно управлять космическим кораблем, а также заряжать никель-кадмиевую батарею емкостью 12 А·ч . Батареи использовались в течение коротких периодов затмения, когда не было солнечной энергии. Движение для основных маневров обеспечивалось карданным двигателем управления скоростью, гиперголическим с тягой 440 ньютонов (100 фунтов силы) ракетным двигателем Marquardt Corp. . Трехосевая стабилизация и управление ориентацией обеспечивались четырьмя струями азота мощностью 4 ньютона (1 фунт-сила). Навигационные знания обеспечивались пятью солнечными датчиками , звездным датчиком «Канопус» и инерциальной навигационной системой. Связь осуществлялась через передатчик мощностью 10 Вт и направленную антенну с высоким коэффициентом усиления диаметром один метр для передачи фотографий, а также передатчик мощностью 0,5 Вт и всенаправленную антенну с низким коэффициентом усиления для других видов связи. Оба передатчика работали в S-диапазоне на частоте около 2295 МГц. Тепловой контроль обеспечивался многослойным алюминизированным майларом . и термоодеяло из лавсана , которым был покрыт основной автобус, специальная краска, изоляция и небольшие обогреватели.

В камере использовались два объектива, чтобы одновременно экспонировать широкоугольное изображение и изображение с высоким разрешением на одной и той же пленке. В широкоугольном режиме среднего разрешения использовался объектив Xenotar 80 мм F 2,8 производства Schneider Kreuznach из Западной Германии. В режиме высокого разрешения использовался панорамный объектив 610 мм F 5,6 производства Pacific Optical Company.

Фотопленка была проявлена ​​на орбите полусухим способом, а затем отсканирована фотоумножителем для передачи на Землю. Эта система была адаптирована с разрешения NRO на основе разведывательной камеры SAMOS E-1, созданной Kodak для недолговечного проекта ВВС США по спутниковой съемке в режиме, близком к реальному времени.

Первоначально ВВС предложили НАСА несколько запасных камер из программы KH-7 GAMBIT , но затем власти обеспокоились безопасностью секретных камер, включая возможность того, что изображения Луны выдадут их разрешение. Были внесены некоторые предложения, чтобы НАСА не публиковало параметры орбиты зондов Lunar Orbiter, чтобы разрешение изображений нельзя было рассчитать по их высоте. В конце концов, существующие системы камер НАСА, хотя и с более низким разрешением, оказались достаточными для нужд миссии.

Потенциальная резервная копия

В качестве резервной копии программы Lunar Orbiter НАСА и NRO сотрудничали в создании системы картографирования и исследования Луны (LM&SS), основанной на разведывательном спутнике KH-7 . Заменив лунный модуль в «Сатурне-5» , астронавты «Аполлона» будут управлять LM&SS удаленно на лунной орбите. НАСА отменило проект летом 1967 года после полного успеха лунных орбитальных аппаратов.

• Инженерный макет в Национальном музее авиации и космонавтики
• 
• 
• 
• 

Результаты

Программа Lunar Orbiter состояла из пяти космических аппаратов, которые предоставили фотографии 99 процентов поверхности Луны (ближней и дальней стороны ) с разрешением до 1 метра (3 фута 3 дюйма). Всего орбитальные аппараты вернули 2180 кадров высокого разрешения и 882 кадра среднего разрешения. Эксперименты с микрометеороидами зафиксировали 22 удара, показавшие, что средний поток микрометеороидов вблизи Луны был примерно на два порядка больше, чем в межпланетном пространстве, но немного меньше, чем в околоземной среде. Радиационные эксперименты подтвердили, что конструкция оборудования «Аполлона» защитит астронавтов от среднего и более среднего краткосрочного воздействия солнечных частиц.

Использование лунных орбитальных аппаратов для отслеживания с целью оценки станций слежения сети пилотируемых космических полетов и программы определения орбиты Аполлона было успешным: три лунных орбитальных аппарата (2, 3 и 5) отслеживались одновременно с августа по октябрь 1967 года. всем им в конечном итоге было приказано разбиться на Луне до того, как у них закончилось топливо для управления ориентацией, чтобы они не представляли опасности для навигации или связи для последующих полетов Аполлона. Программой Lunar Orbiter руководил Исследовательский центр НАСА в Лэнгли, ее общая стоимость составила около 200 миллионов долларов.

Доплеровское слежение за пятью орбитальными аппаратами позволило составить карту гравитационного поля Луны и обнаружить концентрации массы (масконы) или гравитационные максимумы, которые располагались в центрах некоторых (но не всех) лунных морей.

Камера Lunar Orbiter (НАСА)

Ниже приводится информация о полетах пяти фотографических миссий Lunar Orbiter:

• Лунный орбитальный аппарат 1
  • Спущен на воду 10 августа 1966 г.
  • На изображении Луна: 18–29 августа 1966 г.
  • Столкновение с Луной: 29 октября 1966 г.
  • Миссия по исследованию места посадки Аполлона
• Лунный орбитальный корабль 2
  • Спущен на воду 6 ноября 1966 г.
  • На изображении Луна: 18–25 ноября 1966 г.
  • Столкновение с Луной: 11 октября 1967 г.
  • Миссия по исследованию места посадки Аполлона
• Лунный орбитальный корабль 3
  • Спущен на воду 5 февраля 1967 г.
  • На изображении Луна: 15–23 февраля 1967 г.
  • Столкновение с Луной: 9 октября 1967 г.
  • Миссия по исследованию места посадки Аполлона
• Лунный орбитальный корабль 4
  • Спущен на воду 4 мая 1967 г.
  • На изображении Луна: с 11 по 26 мая 1967 г.
  • Столкновение с Луной: примерно 31 октября 1967 г.
  • Лунная картографическая миссия
• Лунный орбитальный корабль 5
  • Спущен на воду 1 августа 1967 г.
  • На изображении Луна: с 6 по 18 августа 1967 г.
  • Столкновение с Луной: 31 января 1968 г.
  • Миссия по картографированию Луны и исследованию высокого разрешения

Доступность данных

Орбитальные фотографии Lunar Orbiter были переданы на Землю в виде аналоговых данных после бортового сканирования исходной пленки на серию полос. Данные записывались на магнитную ленту, а также на пленку. Данные пленки были использованы для создания ручной мозаики кадров Lunar Orbiter. В результате каждой экспозиции LO получали две фотографии: кадры среднего разрешения, снятые объективом с фокусным расстоянием 80 мм, и кадры высокого разрешения, записанные объективом с фокусным расстоянием 610 мм. Из-за большого размера кадры HR были разделены на три секции или подкадры. Были созданы крупноформатные отпечатки (16 на 20 дюймов (410 мм × 510 мм)) из мозаики, и несколько копий были распространены по США в библиотеки изображений и данных НАСА, известные как Региональные планетарные информационные центры . Полученные в результате выдающиеся изображения, как правило, имели очень высокое пространственное разрешение и охватывали значительную часть лунной поверхности, но они страдали от полос «жалюзи», отсутствия или дублирования данных, а также частых эффектов насыщения, которые затрудняли их использование. В течение многих лет эти изображения были основой многих лунных научных исследований. Поскольку они были получены при низких и умеренных углах Солнца, фотографические мозаики Lunar Orbiter особенно полезны для изучения морфологии лунных топографических особенностей.

Было опубликовано несколько атласов и книг с фотографиями Лунного орбитального аппарата. Возможно, наиболее убедительным было мнение Боукера и Хьюза (1971); он содержал 675 фотопластинок с примерно глобальным охватом Луны. Частично из-за большого интереса к этим данным, а частично из-за того, что этот атлас больше не издается, в Институте Луны и планет была поставлена ​​задача отсканировать широкоформатные отпечатки данных Lunar Orbiter. Они были доступны в Интернете как Цифровой фотографический атлас Луны с лунного орбитального аппарата .

Восстановление и оцифровка данных

Деталь исходного изображения вверху по сравнению с обработанной версией внизу, созданной LIRP .

В 2000 году программу астрогеологических исследований НАСА финансировало Геологической службы США во Флагстаффе, штат Аризона (в рамках проекта оцифровки лунного орбитального аппарата, архивировано 23 ноября 2017 г. в Wayback Machine ) для сканирования с разрешением 25 микрометров архивной позитивной пленки LO. полосы, которые были созданы на основе исходных данных. Целью было создать глобальную мозаику Луны, используя лучшие доступные кадры Lunar Orbiter (в основном тот же охват, что и у Боукера и Хьюза, 1971). Кадры были построены из отсканированных кинопленок; они были построены в цифровом формате, геометрически проконтролированы и проецированы на карту без полос, которые были заметны в оригинальных фотографических кадрах. Из-за акцента на построении глобальной мозаики в рамках этого проекта было отсканировано только около 15% доступных фотокадров Лунного орбитального аппарата. Данные миссий Lunar Orbiter III , IV и V были включены в глобальную мозаику.

Кроме того, в рамках проекта оцифровки Геологической службы США были созданы кадры из изображений Lunar Orbiter очень высокого разрешения для нескольких «объектов, представляющих научный интерес». Эти места были определены в 1960-х годах, когда выбирались места для посадки Аполлона. кадры для таких мест, как Аполлона-12 место посадки , холмы Мариуса и риф Сульпиция Галла. Были выпущены

В 2007 году проект восстановления изображений с лунного орбитального аппарата (LOIRP) начал процесс преобразования изображений с лунного орбитального аппарата непосредственно из исходных аналоговых видеозаписей данных космического корабля Ampex FR-900 в формат цифрового изображения, что обеспечило значительно улучшенное разрешение по сравнению с обычными изображениями. оригинальные изображения, выпущенные в 1960-х годах. Первые из этих отреставрированных изображений были выпущены в конце 2008 года. По состоянию на февраль 2014 года почти все изображения Lunar Orbiter были успешно восстановлены. и подвергались цифровой обработке перед отправкой в ​​Систему планетарных данных НАСА .

Первое изображение Земли, сделанное с Луны. Слева оригинал, а справа — восстановленная в цифровом виде версия, созданная LIORP .

См. также

• Программа астрогеологических исследований
• Проект восстановления изображений лунного орбитального аппарата
• Лунный разведывательный орбитальный аппарат
• Программа Рейнджер
• Программа геодезиста
• Программа Аполлон
• Лунная программа
• Исследование Луны
• Роберт Дж. Хелберг
• Норман Л. Крэбилл
• Список искусственных объектов на Луне
• Список миссий на Луну

Внешние ссылки

• Б.К. Байерс, 1977, ЛУНА НАЗНАЧЕНИЯ: История программы лунного орбитального аппарата (PDF), NASA TM X-3487.
• ЛУНА НАЗНАЧЕНИЯ: История программы лунного орбитального аппарата (PDF) 1977, NASA TM X-3487
• ЛУНА НАЗНАЧЕНИЯ: История программы Lunar Orbiter (HTML). Архивировано 11 апреля 2020 г. в Wayback Machine.

Вышеупомянутые ссылки ведут на целую книгу о программе Lunar Orbiter. Для HTML-версии прокрутите вниз, чтобы увидеть ссылку на оглавление.

• Т.П. Хансен, Руководство по фотографиям лунного орбитального аппарата, 1970 г. (PDF), НАСА SP-242
• Путеводитель по фотографиям лунного орбитального аппарата (PDF) 1970 г., НАСА SP-242
• Лунный орбитальный аппарат к Луне Национальный центр космических научных данных (NSSDC)
• Astronautix на лунном орбитальном корабле
• Исследование Луны: программа лунного орбитального аппарата Лунный и планетарный институт
• Цифровой фотографический атлас Луны с лунного орбитального аппарата Лунный и планетарный институт
• Фотогалерея Lunar Orbiter Более 2600 фотографий высокого и среднего разрешения.
• Проект оцифровки лунного орбитального аппарата. Архивировано 23 ноября 2017 г. в Wayback Machine, Научный центр астрогеологии Геологической службы США.
• Проект оцифрованного фильма с лунного орбитального аппарата Геологическая служба США, Научный центр астрогеологии, Архив системы планетарных данных НАСА
• Обзор проекта восстановления изображений лунного орбитального аппарата (LOIRP)
• Онлайн-объемы данных проекта восстановления изображений лунного орбитального аппарата (LOIRP) , версия данных лунного орбитального аппарата высочайшего качества, размещенная на системы планетарных данных. серверах
• Луна крупным планом: взгляд на лунный орбитальный аппарат на YouTube. Документальный фильм НАСА 1967 года.
• Коллекция лунного орбитального аппарата Дональда Д. Виле в Музее летных цифровых коллекций
• Коллекция фотографий Уилларда П. Уильямса с лунного орбитального корабля в Музее цифровых коллекций полетов