В 1959 году советские учёные совершили уникальное достижение, сфотографировав обратную сторону Луны и передав полученные снимки на Землю.
Для этого времени это была невероятно сложная задача: фотографии должны были быть сделаны на пленку, обработаны в космосе и переданы на Землю только тогда, когда спутник вернется в зону связи. Преодолев все трудности, ученые открыли важные факты о Солнечной системе. Однако, почему советский спутник использовал шпионскую фотопленку, изъятую с американских аэростатов, остается загадкой.
7 октября 1959 года в 6:30 по московскому времени был отправлен сигнал на фотографирование. Специальный умный аппарат прекратил хаотичное вращение, а его датчики точно определили положение Солнца на небе и настроили аппарат на его направление. Программа полета была разработана таким образом, чтобы с противоположной стороны станции находилась Луна.
После того как лунный датчик обнаружил ее, автоматика перенацелила станцию, и в работу вступил фотоаппарат. В течение всего 40-минутного фотосессии система управления внимательно отслеживала движение Луны и корректировала любые возникающие отклонения. Затем фотопленка была проявлена. Эти снимки впоследствии получат звание "фотографий века". Это была истинная победа науки и техники!
Однако, чтобы добиться этого успеха, требовалось решить множество сложных задач, о которых обычно не думают. Особенно впечатляет тот факт, что вся эта система была создана весьма быстро — менее чем за два года. Идея о создании такой станции возникла только в начале 1958 года.
С технической точки зрения в этом полете было несколько необычных аспектов. Во-первых, была выбрана особая траектория полета. Изначально станция была направлена за пределы орбиты Луны. Это было удобно с точки зрения расчета траектории и управления ракетой, но требовалось использовать более длиннофокусные объективы для фотографирования. В то время уже существовали зеркально-линзовые объективы, что облегчило ситуацию. Однако у этой траектории был недостаток — отсутствие развитой системы космической связи. На тот момент еще не было достаточно разработок, чтобы обеспечить надежную связь с космическим объектом.
Для обеспечения связи с космической станцией планировали использовать доступные инструменты радиоастрономов. Однако их аппаратура была ориентирована на другие цели и мало подходила для космической связи. Это создавало сложности в надежной передаче изображений, которая могла осуществляться только после возвращения станции к Земле.
Космодром Советского Союза находился в Северном полушарии Земли, что создавало проблему с обеспечением связи после облета Луны, когда станция должна была вернуться в Южное полушарие, где не было соответствующей инфраструктуры. Однако учёные рассматривали альтернативу: использование гравитационного поля Луны для изменения орбиты станции и обеспечения связи.
Этот маневр позволил станции вернуться в Северное полушарие и успешно передать данные на Землю.
Эта работа была настолько необычной и инновационной, что во время ее выполнения был сделан важный открытый вклад в наше понимание всей Солнечной системы. Когда ТАСС обнародовал параметры орбиты Луны-3, многие астрономы поспешили поделиться этой информацией через газеты, утверждая, что эта станция пробудет в космосе очень и очень долго.
Действительно, перигей и апогей оказались очень высокими, и станция не подвергалась торможению атмосферой. Было интересно, что заявление ТАСС о том, что станция скоро войдет в атмосферу и сгорит, оказалось верным.
Проблема заключалась в том, что при оценке траектории полета с помощью ЭВМ стало ясно, что стабильные орбиты могут существовать только в плоскости эклиптики с незначительными отклонениями. Любой объект, сильно отклоняющийся от этой плоскости, не сможет долго оставаться на орбите, и это касается не только автоматических межпланетных станций.
Даже если представить, что Луна была бы перемещена на полярную орбиту, при сохранении ее массы, периода обращения и большой полуоси, время, которое она продержится на такой орбите, оказалось бы крайне коротким - всего несколько лет.
Было решено использовать фотопленку со сбитых американских аэростатных зондов по нескольким причинам. Во-первых, эта пленка обладала высокой чувствительностью и разрешающей способностью, что делало ее подходящим материалом для фотографирования поверхности Луны с высоты космического полета. Во-вторых, использование имеющегося материала позволяло экономить время и ресурсы на разработку и изготовление новой пленки специально для этой миссии. Таким образом, использование американской фотопленки было практичным и эффективным решением для достижения поставленных целей.
Использование фотопленки со сбитых американских аэростатных зондов было обусловлено несколькими факторами, по словам разработчиков.
Во-первых, эта пленка имела особенности в своей структуре, делая ее идеальной для использования в космических условиях. Ее эмульсионный слой был тонким и очень прочным, что позволяло быстро и эффективно обрабатывать пленку после фотосъемки. Благодаря этой особенности, пленку можно было быстро высушить, прокатывая на горячем барабане, что делало ее подходящей для использования в условиях космического полета.
Во-вторых, уникальность пленки заключалась в ее одноступенчатом процессе обработки. Для ее развития использовался только один раствор, который сочетал в себе функции проявителя и закрепителя. Этот процесс позволял существенно упростить процесс обработки пленки, уменьшая количество необходимых растворов и этапов обработки. Такой подход был особенно ценен в условиях космического полета, где ресурсы и время имели ограниченную доступность.
Перед использованием фотопленки со сбитых американских аэростатных зондов, ее предварительно тщательно испытали. Пленка была облучена электронными пучками из бетатрона, чтобы убедиться, что она не подвержена значительному почернению под воздействием обычных потоков космических лучей, за исключением потоков от солнечных вспышек. Для проявления и фиксации изображений использовался специальный раствор, в который добавляли вещества для увеличения вязкости, что обеспечивало стабильность процесса в условиях вибрации и невесомости.
Процесс проявления занимал около 3 минут, и рабочий раствор оставался стабильным в течение 15 суток при хранении в условиях космического полета. Он допускал широкий диапазон температур, от +30° до +70°, что было важно для работы в различных условиях окружающей среды.
Одноступенчатый процесс обработки пленки, хотя и неизвестного происхождения, был важным элементом всего процесса. Он обеспечивал относительную простоту реализации, низкую зависимость от температуры и стабильность получения необходимых характеристик обработки. Этот процесс был перспективным и разрабатывался с учетом использования определенных типов фотопленки, и в данном случае пленка со сбитых американских аэростатных зондов идеально подходила для таких целей.
Космическая камера "Енисей", разработанная в Ленинградском НИИ телевидения, использовалась для съемки. Для одновременного захвата изображений применялись два объектива с фокусными расстояниями 500 мм и 200 мм на 35 мм пленку. Экспозиция автоматически регулировалась в диапазоне от 1/200 до 1/800 секунды.
Каждый снимок включал 40 кадров фильма и 15 фотографий. После съемки пленка проходила автоматическую обработку и сканировалась с разрешением 1000 пикселей и скоростью 1,25 строк в секунду.
Далее, сканированный материал передавался на Землю по каналу частотно-модулированного аналогового видео на частоте 183,6 МГц. Система радиосвязи разработана в Научно-исследовательском институте космического приборостроения под руководством Богуславского.
Изображения принимались на временном пункте в Крыму, на горе Кошка, с использованием оборудования "Енисей-1,2". Также был подготовлен резервный пункт на Камчатке. На наземной стороне прием сигнала осуществлялся несколькими способами: съемкой камерой бегущего луча на кинопленку, фотографированием с экрана скиатрона, записью на магнитную ленту и прямой передачей изображения на термохимическую бумагу.
Слева приемное оборудование, справа весь комплект в кунге:
Луну успешно сфотографировали и передали изображения на Землю, предоставив всем желающим возможность ознакомиться с ними. Однако, с точки зрения научных исследований, это лишь начало. Необходимо было извлечь информацию из снимков, которые были затруднены помехами, и составить карту Луны. Для этого снимки объединяли, проецировали на глобус и улучшали контрастность, используя магнитную пленку. Однако, возникли трудности из-за потери пленок с оригинальными данными о полете, которые были найдены только в 1965 году.
Учитывая низкое качество изображений, было принято решение составить вероятностную карту обратной стороны Луны, где были отмечены обнаруженные объекты, а также вероятность того, что это действительно объекты на Луне, а не артефакты или помехи.
Получилась такая карта:
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.
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.
Схема станции Е-2А («Луна-3»)
Первый в истории снимок обратной стороны Луны.
Обратная сторона Луны, F объектива - 200 мм.
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.
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.
Кадр 26
Кадр 28.
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:
Действительно, уровень технической продвинутости и инженерных решений, реализованных в 1958-1959 годах, впечатляет. На тот момент, когда компьютеры были еще в зачаточном состоянии, и простейшие калькуляторы были роскошью, инженеры смогли разработать и реализовать такие сложные маневры и технические процессы. Это действительно вызывает восхищение.
Осуществление гравитационного маневра впервые в мире во время полета станции — это подвиг, даже с учетом современных технологий. Важно отметить, что все это было достигнуто благодаря выдающимся знаниям и навыкам ученых и инженеров того времени. Ваша способность решать сложные математические задачи на бумаге также подчеркивает важность фундаментальных знаний и умений, которые необходимы для достижения таких великих научных и технических результатов.