Могли ли в 1960-е снять все лунные панорамы автоматическими станциями и почему качество лунных фотографий Apollo такое высокое?

Краткий ответ: Нет, не могли. Пленочные кадры астронавтов Apollo 1960–1970-х годов по ряду параметров превышают даже современные снимки луноходов и космонавтов на МКС.

Астронавты Apollo прислали множество красочных фотопанорам и отдельных снимков лунных пейзажей. Если сравнивать американские лунные снимки с кадрами советских и китайских луноходов, то становится очевидным сходство облика лунной поверхности. До первых высадок на естественный спутник Земли человек иначе представлял себе его «внешность». В иллюстрациях фантастических произведений и кинофильмов середины прошлого века преобладают острые формы рельефа — высокие горные пики, которые возможны, по мнению художников, в условиях низкой лунной гравитации и при отсутствии атмосферной эрозии. В действительности оказалось, что эрозия поверхности Луны все же есть, только вызвана падением на высоких скоростях мелких метеоритов и кометной пыли. Лунные просторы за миллиарды лет оказались серьезно сглажены постоянным воздействием из космоса. Значит, нельзя сымитировать облик поверхности Луны, не посмотрев на оригинал.

Сейчас нам уже известно, что пейзажи, запечатленные на фото- и кинопленке астронавтами Apollo, соответствуют реальному рельефу местности в местах посадок. Это известно благодаря современным данным орбитальных космических аппаратов Индии, Китая, Японии и США.

Но, чтобы увидеть лунные пейзажи, не обязательно отправлять на Луну человека. Так, Советский Союз начиная с 1966 года публиковал лунные панорамы, которые снимались автоматическими межпланетными станциями «Луна-9» и «Луна-13», а позже — «Луноход-1» и «Луноход-2». Сегодня панорамы «Луноходов» доступны на сайте Лаборатории сравнительной планетологии Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ РАН). Снимки советских «Лун», как орбитальных, так и с поверхности, можно найти на сайте американского энтузиаста космонавтики Дона Митчелла (Don P. Mitchell).

NASA точно так же начинало покорение поверхности Луны с автоматических аппаратов. Зонды серии Surveyor («Сервейер») запускалась на Луну в 1966–1968 годах, и пять запусков из семи были удачными. В их задачу входила мягкая посадка, изучение грунта и получение панорамных снимков. Surveyor 3 высадился в Океане Бурь, куда позже прилетел Apollo 12.

Выходит, даже в 1960-х годах Луну с поверхности фотографировали без прямого участия человека. И раз так, можно ли считать фотографии, привезенные астронавтами Apollo, доказательством их полетов? Чтобы ответить на этот вопрос, следует узнать разницу в технологиях получения изображений и сравнить результаты пилотируемых и беспилотных полетов.

Автоматические межпланетные станции 1960-х годов использовали несколько способов получения и передачи изображения на космические расстояния. В Советском Союзе этим занимались во Всесоюзном научно-исследовательском институте телевидения в Ленинграде, затем работы перенесли в НИИ-885 в Москве. В Ленинграде делали камеру «Енисей», которая впервые показала человечеству обратную сторону Луны с космического аппарата «Луна-3». Камера была пленочной, и на борту «Луны-3» происходили все процессы проявления, закрепления и сушки пленки. Затем пленка сканировалась: электронно-лучевая трубка и фотоэлектронный умножитель преобразовывали изображение в электрические сигналы, и затем информация передавалась по радиосвязи. Сам аппарат «Луна-3», вероятнее всего, сгорел в плотных слоях атмосферы Земли. Схожий принцип съемки использовали американские аппараты Lunar Orbiter. В обоих случая пленка использовалась как долговременный носитель информации, необходимый для съемки с быстро перемещающихся аппаратов.

В последующие годы панорамные камеры для «Лун» и «Луноходов» создавали в НИИ-885. Их камера уже не требовала фотопленки, но нуждалась в большом запасе времени на каждую панораму, которую получали построчным сканированием местности — до 100 минут на одну панораму. Фотоумножитель преобразовывал поступающие в камеру фотоны света в электрические сигналы, которые передавались на Землю по радиосистеме и записывались на магнитные пленки на принимающих станциях.

Другая технология, которая применялась для быстрой передачи изображения на Землю, — телевидение. Малокадровая система передачи информации «Луноходов» осуществлялась технологией видикона. На создание одного кадра камере требовалось от 3 до 20 секунд. Похожая технология использовалась в американских автоматических станциях Surveyor, там на построение одного кадра уходило от 20 до 61 секунды.

В обоих случаях — что с фотоумножителем, что с видиконом — технология получения изображений значительно уступает качеству пленочной фотографии. Даже современная цифровая фотография не способна конкурировать с пленкой по числу точек изображения (пикселей). К примеру, в программе Apollo использовалась цветная пленка SO-368, Kodak Ektachrome MS для камер Hasselblad, она имела разрешение 63 пары линий на миллиметр, что дает 7560×7560 для кадра шириной 6×6 см, или 57,15 мегапикселя. Для сравнения: современная цифровая камера Hasselblad 907X, выпущенная специально к 50-й годовщине первой пилотируемой посадки на Луну, имеет среднеформатную матрицу с разрешением 50 мегапикселей.

Этот показатель в несколько раз превосходит характеристики камер китайского лунохода Yutu (2013 год) или марсохода Curiosity («Кьюриосити», 2012 год), у камер которых размер матрицы не превышает 5 мегапикселей.

Поэтому даже современные снимки поверхности Луны, полученные китайскими зондами, уступают по качеству пленочным американским кадрам 1960–1970-х годов. Если бы сегодня космонавты или астронавты высадились на Луну и использовали самые современные зеркальные цифровые фотокамеры, то они также не смогли бы превзойти съемку Apollo по некоторым показателям.

В то же время пленка имеет главный недостаток, который не позволяет эффективно использовать ее в космосе: необходимость возвращения на Землю. Можно сканировать и на борту, как в случае с Lunar Orbiter, но наземные сканеры лучше, поэтому оптимальный способ применения пленки — доставить ее до фотолаборатории на Земле.

Советские беспилотные космические аппараты «Зонд-6» и «Зонд-8», совершившие облеты Луны, несли возвращаемый отсек, где располагалась фотолаборатория. Фактически это были испытания кораблей для будущих пилотируемых полетов, но, пока технология была сырой и риск запуска космонавтов слишком высок, запускались научные приборы и эксперименты. В их числе были и пленочные фотокамеры, которые возвращались на Землю. Благодаря им советская космонавтика смогла получить свои цветные фотографии Земли с лунопереходной орбиты и сделать достаточно качественные снимки лунной поверхности. Наиболее успешен в этой работе оказался «Зонд-8», чьи отсканированные кадры доступны в интернете на сайте Астрогеологического научного центра Геологической службы США. (Да, архив снимков советского космического аппарата в интернете можно найти только на американском сайте.)

Возвращаемые космические аппараты СССР, которые доставляли грунт с Луны, не снимали на пленку и не привозили ее на Землю. Точно так же американские Surveyor не снимали на пленку, поскольку даже не предусматривалась возможность их возвращения.

Изображение с большим количеством пикселей можно получить панорамной съемкой, когда камера делает несколько снимков, и затем они объединяются в одну большую панораму. Сегодня это достаточно просто благодаря компьютерной обработке в специальных программах. Но в 1960-е годы сведéние панорам проводилось вручную, путем механической склейки распечатанных снимков. Собирать полноценные панорамы из такой мозаики невозможно из-за оптических дефектов кадров: виньетирования (затемнение кадра по краям) и сферической дисторсии (искажение геометрических пропорций изображения из-за сферической формы линзы объектива). Surveyor вел съемку «внахлест», но наложение кадров не позволило получить достаточно качественное изображение лунной поверхности, сравнимое с пленочными панорамами Apollo.

В сравнении с цифровыми матрицами пленочная фотография обеспечивает более глубокий динамический диапазон, т.е. отображение деталей в наиболее освещенных и затененных участках кадра.

Учитывая более высокое количество пикселей и больший динамический диапазон, можно с уверенностью заключить, что лунные пленочные снимки полувековой давности до сих пор превосходят современные цифровые кадры по ряду параметров.

Правда, есть технические причины, которые мешают нам напрямую оценить это превосходство. Пленочные кадры требуют дополнительной обработки после щелчка затвора фотоаппарата: проявление, сканирование, постобработка в фоторедакторах, печать на бумаге или публикация в интернете. На каждом этапе происходит частичная потеря информации. Из-за несовершенных технологий сканирования и печати прошлых лет раньше люди не имели физической возможности в полной мере оценить высокое качество съемки. Цифровые камеры избавлены от химического и механического этапов обработки снимков, не зависят от характеристик сторонних сканеров и сразу готовы выдать результат, обработанный внутренними алгоритмами. Поэтому сегодня кажется, что цифровые технологии фотографии давно победили старые аналоговые, но это далеко не всегда так. Пока победа матрицы над пленкой произошла не по качеству изображения, а в плане удобства использования и скорости обработки.

Остается предположить, что если пилотируемых полетов не было, то американская космонавтика 1960-х годов создала серию беспилотных космических аппаратов, обладающих возможностью сбора образцов грунта и оборудованных пленочными фотокамерами. Но тогда им потребовалось бы еще и совершать прыжки как на несколько метров, так и на несколько километров по поверхности Луны. Ведь астронавты вели фотосъемку из разных точек местности: у лунного модуля и в нескольких десятках метров от него, а начиная с Apollo 15, ровер LRV позволял выезды на несколько километров. Перемещение фотографа и съемку с разных точек поверхности Луны можно определить при помощи эффекта параллакса, т.е. изменения угла наблюдения за отдаленными объектами — валунами, кратерами и холмами.

Создание серии перемещающихся автоматических зондов, способных вернуть с Луны на Землю десятки килограммов грунта и несколько фотопленок, даже сегодня выглядит сверхсложной задачей. Более того, потребовалось бы обеспечить секретный радиоканал управления, который не могли бы перехватить ни в одной стране мира. Никому невидимые запуски пришлось бы совершить не менее шести раз подряд. И ни один из участников разработки, производства, запусков этих чудесных аппаратов не проговорился за полвека. Это хороший сюжет для фантастической детективной истории, но в реальности такое невозможно. Сегодня еще живы тысячи людей, кто занимался реализацией пилотируемых полетов на Луну, написаны сотни книг с мемуарами, и нет ни одной странички, ни одного завещания свидетеля создания фантастического многотонного лунопрыга NASA для подделки пилотируемых полетов в 1960-х годах.