Воспроизводится по:
"Первые панорамы лунной поверхности" т.1, М., "Наука", 1966 (без указания авторов)
гл.1 КОНСТРУКЦИЯ И БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ
§. 3. ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА
Изображение лунного ландшафта передавалось со станции "Луна-9" с помощью специальной панорамной телевизионной камеры, установленной в центре верхней части АЛС.
Лунная панорама как объект телевизионной передачи отличается рядом особенностей, которые необходимо было учитывать при разработке камеры.
Характерной чертой лунного ландшафта является его неподвижность. Только тени от неровностей поверхности меняют свою длину в зависимости от высоты Солнца, но это происходит относительно медленно: продолжительность дня на Луне составляет почти 15 земных суток, и поэтому высота Солнца изменяется лишь на 0°,5 за час. Практически можно говорить о передаче неподвижного изображения.
Условия освещенности на Луне хорошо известны, так как при отсутствии атмосферы падающий поток солнечного света достигает лунной поперхности без поглощения. Однако широкий диапазон возможных яркостей деталей на поверхности Луны, незнание характеристик отражения света, определяемых микрорельефом, и возможность посадки станции в различных условиях создают значительную неопределенность. К тому же световой поток, отраженный от поверхности Луны, сильно зависит от высоты Солнца и направления наблюдения.
По астрономическим данным, характеристики отражения поверхности Луны (индикатрисы рассеяния) имеют своеобразную форму, вытянутую в направлении солнечных лучей (рис. 1). Такие индикатрисы характерны для сильно изрытых поверхностей. Они получены путем наблюдения с Земли площадок лунной поверхности, имеющих значительные размеры - многие километры. Хотя распространение этих данных на микрорельеф, ранее не исследованный, представлялось спорным, ориентироваться пришлось именно на них. Опубликованные материалы, полученные аппаратами "Рейнджер", не принесли новых данных по этому вопросу.
При оценке освещенности нужно было рассчитывать также на работу прибора в переходных условиях раннего лунного утра при весьма малых высотах Солнца. Кроме того, не исключалась возможность попадания станции в углубление на лунной поверхности, где следует ожидать очень низкую освещенность.
Телевизионная камера "Луны-9" представляет собой оптико-механическое сканирующее устройство, близкое по своей конструкции к приборам механического телевидения или фототелеграфии.
Выбор оптико-механической системы для передачи изображения с поверхпости Луны был произведен после тщательного анализа и сравнительных испытаний различных систем передачи изображения. В отличие от электронных телевизионных систем медленно действующая оптико-механическая система не способна передать динамическое изображение. Однако в данном случае это обстоятельство не является недостатком.
При медленной передаче изображения полоса частот видеосигнала получается весьма узкой, и сигнал может быть передан через экономичный канал радиосвязи, использующий на борту станции маломощные передатчики и ненаправленные антенны.
Следует отметить, что оптико-механическая система наилучшим образом удовлетворяет жестким требованиям к весу, габаритам, потреблению энергии и надежности работы, которые предъявляются к приборам АЛС.
Передача изображения в этой камере производится с помощью устройства, состоящего из зеркала 1, кулачка 2 и объектива 3 (рис. 2). При этом зеркало совершает два движения: качание по вертикали (строчная развертка) и медленное вращение в горизонтальной плоскости - кадровая панорамная развертка.
Оба перемещения зеркала производятся с помощью двигателя 4, скорость вращения которого стабилизирована. Профиль кулачка, вызывающего качание зеркала по вертикали, сделан таким, чтобы обеспечить линейное угловое перемещение зеркала за период строчной развертки и быстрый возврат его в исходное положение за время, составляющее около 10% от периода. Применение механической системы позволило получить высокую и стабильную во времени линейность развертки и благодаря этому использовать прибор в измерительных целях.
Выбор величины вертикального угла зрения камеры является компромиссом между стремлением иметь необходимую угловую разрешающую способность и обеспечить обзор достаточно большой части поверхности. Учет этих факторов, а также целого ряда дополнительных соображений позволил остановиться на величине вертикального угла зрения около 29°. Этот угол расположен несимметрично относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения камеры (18° вниз,11° вверх, рис. 3), для того, чтобы обеспечить преимущественную передачу изображения именно поверхности Луны. При выбранном вертикальном угле получается соотношение сторон круговой панорамы, близкое к 1:12,5.
Особенностью станции является предусмотренный конструкцией наклон на некоторый угол. Основание станции и механизм ее лепестков сделаны так, что при их открытии ось станции, а с ней и ось телевизионной камеры на достаточно ровной горизонтальной поверхности наклонены примерно на 16° к местной вертикали. Это обеспечивает попадание в поле зрения камеры одного из близлежащих участков лунной поверхности и создает благоприятные условия для передачи изображения микрорельефа с минимального расстояния от камеры. Такой участок с наилучшим разрешением на поверхности располагается в восточном секторе участка лунной поверхности, наблюдавшегося со станции "Луна-9".
По изображениям видно, что выбранный вертикальный угол обзора близок к оптимальному. Он дает необходимое представление об общей структуре ландшафта и обеспечивает получение высококачественного, хорошо дешифрируемого изображения, на котором опознаются детали микрорельефа, измеряемые миллиметрами.
Телевизионная камера "Луны-9" выполнена в виде небольшого металлического цилиндра, внутри которого расположены все необходимые блоки и узлы (рис. 4). Она частично утапливается в корпусе АЛС. Для обеспечения теплового режима принимаются меры, которые были отмечены выше.
В связи с тем, что условия работы камеры на поверхности Луны трудно определить заранее с достаточной полнотой, а также учитывая ограниченные энергетические возможности АЛС, необходимо было обеспечить гибкое оперативное управление камерой. С этой целью была предусмотрена работа камеры в различных режимах, задаваемых по командам с Земли.
Развертывающее устройство камеры имеет следующие режимы работы:
Наличие разных режимов позволяет управлять прибором, просматривая наиболее интересные места изображения при минимальной потере времени. Третий режим является служебным и предназначен не для получения изображения, а для оперативного выбора необходимого сектора панорамы по наблюдению видеосигнала. Включение этого режима работы возможно и в те моменты, когда идет передача телеметрической информации. При этом вообще не теряется времени на выбор интересующего нас места панорамы. Указанное свойство прибора представляет определенную ценность,
Как видно из оптической схемы камеры (см. рис. 2), световой поток от передаваемого объекта попадает на зеркало 1 и, пройдя объектив 3, на диафрагму 5, формирующую элемент изображения.
Размеры диафрагмы определяют разрешающую способность прибора, которая в варианте "Луны-9" составляет 500 элементов в одной строке, или примерно 0°,06 на один телевизионный элемент, что контролируется во время наземных испытаний прибора по специальной испытательной таблице-штриховой черно-белой мире. Погрешности механического развертывающего устройства не превышают 1/3 телевизионного элемента. Камера позволяет различать детали размером 1,5-2 мм с расстояния 1,5 м. При имеющемся соотношении сторон панорамы для получения одинаковой разрешающей способности в строчном и кадровом направлениях передается 6000 строк на полную круговую панораму.
При нормальной ориентации АЛС ближайшие участки лунной поверхности будут находиться на расстоянии около 1,5 м от камеры. Поэтому объектив камеры сфокусирован таким образом, чтобы обеспечить передачу резкого изображения с расстояния от 1,5 м до бесконечности. Как видно из полученных изображений, достаточно резко передаются и более близкие предметы - элементы конструкции самой лунной станции.
После диафрагмы, расположенной в фокальной плоскости объектива, световой поток от объекта регистрируется светоприемником 6 (см. рис. 2), который превращает его в электрический сигнал. Этот сигнал, определяемый яркостью объекта, после ряда преобразований попадает в передатчик АЛС и затем передается на Землю.
Передача производилась на частоте 183,538 Мгц, при этом использовался метод частотной модуляции радиосигнала. Для наилучшей настройки канала связи глубина частотной модуляции могла изменяться по командам с Земли.
Радиосигналы станции "Луна-9" принимались специальным центром космической связи, где из них выделялся сигнал изображения, который записывался на фотопленке и магнитной ленте. Запись на фотопленке в виде изображения панорамы производилась на фототелеграфных аппаратах барабанного типа, у которых один оборот цилиндрического барабана, обтянутого фотопленкой,соответствовал одной строке изображения, а перемещение записывающей светооптической головки вдоль образующей барабана соответствовало панорамной развертке.
Специальные устройства обеспечивали синхронную и синфазную работу наземной регистрирующей аппаратуры и телевизионной камеры АЛС "Луны-9". Погрешности регистрации, вносимые при приеме изображения, в части геометрических искажений и разрешающей способности были пренебрежимо малы.
Неопределенные световые условия работы прибора заставили разработать систему автоматической регулировки чувствительности камеры (АРЧ). Датчиком системы АРЧ служит фотосопротивление, перед которым установлена ограничивающая бленда. Фотосопротивление находится в верхней части оптико-механического развертывающего устройства и поворачивается вместе с ним. Оно реагирует на среднюю освещенность в поле зрения 10° х 10°, примерно совпадающем с нижней частью панорамы. Ограничение поля зрения датчика вызвано необходимостью уменьшить экспонометрические ошибки, важнейшими источниками которых являются "черное" лунное небо и солнечные блики.
В связи с тем, что настройка системы АРЧ происходила в земных условиях, которые, естественно, отличаются от лунных, для исключения возможной ошибки и повышения надежности прибора введено управление режимом работы системы АРЧ по командам с Земли. Одна из команд повышает чувствительность прибора по сравнению с номинальной, другая - понижает.
Камера с АРЧ обеспечивает передачу качественного изображения в диапазоне освещенности от 80 до 150000 лк.
АРЧ оправдала себя на практике; это видно из принятых изображений, которые отличаются равномерной плотностью по всей панораме. В то же время влияние свойств отражения сильно изрытой поверхности хорошо заметно по потемнению участков, расположенных на горизонте, по сравнению с передним планом.
Во время передачи камеры "Луны-9" не было необходимости вмешиваться в работу системы АРЧ. Подача команды на повышение чувствительности производилась в первом сеансе на ограниченное время лишь для экспериментальных целей: на первой панораме в режиме с повышенной чувствительностью был передан участок у = 69÷133°, который при высоте Солнца 7° был затенен.
Для получения пространственной панорамической засечки на АЛС "Луна-9" установлены три двугранных зеркала. На рис. 5 изображена схема установки зеркал (вид АЛС сверху). Таким образом, ограниченные участки местности просматриваются телекамерой дважды - непосредственно и после отражения в зеркалах. При этом в первом случае панорамирование происходит из действительного центра S1, во втором - из мнимого S2. Тем самым образуется мнимый базис Bм. Зеркала установлены перпендикулярно к плоскости панорамирования. На рис. 5 обозначено: Q - ребро, Bk = S1Q - установочный базис зеркала, σ --угол между его гранью и направлением S1Q, ψ - угол между S1Q и мнимым базисом.