كاميرا أبولو التلفزيونية

وضعت وكالة ناسا المواصفات الأولية للتلفزيون على متن وحدة القيادة (CM) لبرنامج أبولو عام 1962. ^{[ 2 ] [ ملاحظة 1 ]} دُرست تقنيات الإرسال التناظرية والرقمية، إلا أن الأنظمة الرقمية المبكرة كانت لا تزال تستخدم نطاقًا تردديًا أكبر من النظام التناظري: 20  ميجاهرتز للنظام الرقمي، مقارنةً بـ 500  كيلوهرتز للنظام التناظري. ^{[ 2 ]} كان معيار الفيديو لوحدة القيادة من الجيل الأول (Block I CM) يعني أن معيار الفيديو التناظري لمهام أبولو المبكرة حُدد على النحو التالي: إشارة أحادية اللون ، مع 320 خط مسح نشط ، ومسح تدريجي بمعدل 10 إطارات في الثانية . مُنحت شركة RCA عقد تصنيع هذه الكاميرا. ^{[ 2 ]} كان من المفهوم آنذاك أن دقة الحركة من نظام التلفزيون ذي المسح البطيء (SSTV) ستكون أقل من أنظمة التلفزيون التجارية القياسية، ولكنها اعتُبرت كافية نظرًا لأن رواد الفضاء لن يتحركوا بسرعة في المدار، أو حتى على سطح القمر. ^{[ 5 ]}

نظرًا لأن معدل مسح الكاميرا كان أقل بكثير من 30 إطارًا في الثانية تقريبًا لمعيار NTSC للفيديو، ^{[ ملاحظة 2 ]} وهو معيار التلفزيون المستخدم في أمريكا الشمالية آنذاك، فقد كانت هناك حاجة إلى تحويل المسح في الوقت الفعلي لعرض الصور على جهاز تلفزيون عادي. اختارت ناسا محول مسح من إنتاج شركة RCA لتحويل إشارات SSTV بالأبيض والأسود من مهمات أبولو 7 و8 و9 و11. ^{[ 6 ]}

عندما أرسلت كاميرا أبولو التلفزيونية صورها، استقبلت المحطات الأرضية إشارة SSTV الخام غير المُحولة وقسمتها إلى فرعين. أُرسل أحد الفرعين دون معالجة إلى مسجل بيانات تناظري ذي 14 مسارًا ، حيث سُجل على بكرات قطرها 14 بوصة من أشرطة بيانات مغناطيسية تناظرية عرضها بوصة واحدة بسرعة 3.04 متر في الثانية. ^{[ 7 ]} أما الفرع الآخر من إشارة SSTV الخام، فأُرسل إلى محول مسح RCA، حيث جرى معالجته ليصبح إشارة بث تلفزيوني NTSC. ^{[ 7 ]}

بدأت عملية التحويل عندما أُرسلت الإشارة إلى شاشة عرض فيديو عالية الجودة مقاس 10 بوصات تابعة لمحول RCA، حيث قامت كاميرا تلفزيونية تقليدية من طراز RCA TK-22 - تستخدم معيار البث NTSC المكون من 525 خطًا ممسوحًا ضوئيًا متداخلًا بمعدل 30 إطارًا في الثانية - بإعادة تصوير الشاشة. احتوت الشاشة على مواد فسفورية ثابتة، عملت كمخزن مؤقت للإطارات . ^{[ 8 ]} استُخدم مسجل أقراص تناظري، يعتمد على طراز Ampex HS-100 ، لتسجيل الحقل الأول من الكاميرا. ^{[ 8 ]} ثم قام بتغذية هذا الحقل، ونسخة منه مع تأخير زمني مناسب، إلى مفتاح تداخل حقول NTSC (المشفر). ​​شكّل الحقلان الأصلي والمنسوخ معًا أول إطار متداخل كامل مكون من 525 خطًا، ثم أُرسلت الإشارة إلى هيوستن. ^{[ 8 ]} تكرر هذا التسلسل خمس مرات أخرى، حتى قام النظام بتصوير إطار SSTV التالي. ^{[ 8 ]} ثم كرر العملية بأكملها مع كل إطار جديد يتم تنزيله من الفضاء في الوقت الفعلي. ^{[ 9 ]} وبهذه الطريقة، أنتجت السلسلة 20 إطارًا إضافيًا في الثانية اللازمة لإنتاج صور خالية من الوميض لمحطات البث التلفزيوني في جميع أنحاء العالم. ^{[ 6 ]}

كان هذا التحويل المباشر بدائيًا مقارنةً بتقنيات التحويل الرقمي الإلكتروني في أوائل القرن الحادي والعشرين. وكان تدهور جودة الصورة أمرًا لا مفر منه في هذا النظام، حيث أدت القيود البصرية للشاشة والكاميرا إلى انخفاض كبير في تباين وسطوع ودقة إشارة SSTV الأصلية. كما تدهورت جودة الفيديو المعروض على أجهزة التلفزيون المنزلية بسبب مسار الإرسال التناظري الطويل جدًا والمليء بالتشويش. [ ^{10 ] أُرسلت} الإشارة المُحوّلة عبر الأقمار الصناعية من محطات الاستقبال الأرضية إلى هيوستن، تكساس. ثم أُرسلت تغذية الشبكة المجمعة عبر تقنية الترحيل بالميكروويف إلى نيويورك، حيث بُثّت مباشرةً إلى الولايات المتحدة والعالم. ^{[ 11 ]}

استخدمت مهمتا أبولو 7 وأبولو 8 كاميرا RCA بطيئة المسح بالأبيض والأسود. ^{[ 12 ]} في مهمة أبولو 7، كان من الممكن تزويد الكاميرا بعدسة واسعة الزاوية 160 درجة، أو بعدسة مقربة بزاوية رؤية 9 درجات. ^{[ 13 ]} لم تكن الكاميرا مزودة بمنظار أو شاشة عرض، لذا احتاج رواد الفضاء إلى مساعدة مركز التحكم عند توجيه الكاميرا في وضع التصوير المقرب. ^{[ ملاحظة 3 ]}

استخدمت الكاميرا عدسات قابلة للتبديل، بما في ذلك عدسة واسعة الزاوية بزاوية رؤية 160 درجة، وعدسة  تقريب 100 مم. ^{[ 16 ]}

الكاميرا ^{[ ملاحظة 4 ]}

في أكتوبر 1964، منحت وكالة ناسا شركة وستنجهاوس عقدًا لتصنيع كاميرا التلفزيون القمرية. ^{[ 19 ]} ترأس ستان ليبار ، مدير برنامج كاميرا التلفزيون القمرية التابعة لبرنامج أبولو، الفريق في وستنجهاوس الذي طور الكاميرا التي التقطت صورًا من سطح القمر.

كان لا بد من تصميم الكاميرا لتتحمل تقلبات درجات الحرارة الشديدة على سطح القمر، والتي تتراوح بين 121 درجة مئوية (250 درجة فهرنهايت) في ضوء النهار و -157 درجة مئوية (-251 درجة فهرنهايت) في الظل. ^{[ 10 ]} وكان من المتطلبات الأخرى الحفاظ على الطاقة عند حوالي 7 واط، وملاءمة الإشارة مع النطاق الترددي الضيق لهوائي النطاق S الخاص بوحدة الهبوط القمرية ، والذي كان أصغر حجمًا وأقل قوة من هوائي وحدة الخدمة. ^{[ 20 ] [ ملاحظة 5 ]}    

تم اختبار الكاميرا لأول مرة في الفضاء خلال مهمة أبولو 9 في مارس 1969. ^{[ 21 ]} وُضعت الكاميرا في المركبة القمرية، واستُخدمت أنظمة الاتصالات الخاصة بها لتقييم أدائها قبل بدء العمليات القمرية. ^{[ 22 ]} هذا يعني أن وحدة القيادة لم تحمل كاميرا فيديو في هذه المهمة. ^{[ 23 ]} استُخدمت الكاميرا لاحقًا في مهمة أبولو 11، حيث حُملت في مرحلة الهبوط من المركبة القمرية، ضمن وحدة تخزين المعدات المعيارية الرباعية (MESA). ومن هذه الوحدة، التقطت الكاميرا أول خطوة للبشرية على سطح جرم سماوي آخر في 21 يوليو 1969. ^{[ 21 ]} كانت مهمة أبولو 11 هي المرة الأولى والأخيرة التي تُستخدم فيها الكاميرا على سطح القمر؛ ومع ذلك، فقد استُخدمت ككاميرا احتياطية في مهمتي أبولو 13 وأبولو 14 ، تحسبًا لتعرض الكاميرات الملونة لمصير مشابه لكاميرا أبولو 12 .

كانت أبعاد الكاميرا 269 مم × 165 مم × 86 مم (10.6 بوصة × 6.5 بوصة × 3.4 بوصة) ، ووزنها 3.29 كيلوغرام (7.3 رطل) . وكانت تستهلك 6.50 واط من الطاقة. وسمح حامل العدسة ذو الحربة بتغيير سريع للعدستين القابلتين للتبديل المستخدمتين في أبولو 11: عدسة واسعة الزاوية وعدسة تصوير قمري نهاري. ^{[ 24 ] [ ملاحظة 6 ]}           

آلة تصوير

العدسات ^{[ ملاحظة 7 ]}

• 
  صورة عالية الجودة لصورة SSTV المستلمة من أبولو 11 في محطة تتبع هانيساكل كريك
• 
  صورة عالية الجودة لصورة SSTV قبل عملية التحويل إلى صورة رقمية
• 
  صورة عالية الجودة لصورة SSTV قبل عملية التحويل إلى صورة رقمية
• 
  كاميرا ويستنجهاوس على سطح القمر خلال مهمة أبولو 11

كانت كاميرات البث التلفزيوني الملونة في ستينيات القرن الماضي، مثل كاميرا RCA TK-41 ، كبيرة الحجم وثقيلة الوزن وتستهلك طاقة عالية. استخدمت هذه الكاميرات ثلاثة أنابيب تصوير لتوليد إشارات فيديو حمراء وخضراء وزرقاء (RGB)، والتي جُمعت لإنتاج صورة ملونة مركبة . تطلبت هذه الكاميرات بصريات معقدة للحفاظ على محاذاة الأنابيب. ونظرًا لأن تغيرات درجة الحرارة والاهتزازات كانت كفيلة بإخراج نظام الأنابيب الثلاثة عن محاذاته بسهولة، فقد برزت الحاجة إلى نظام أكثر متانة للعمليات على سطح القمر. ^{[ 34 ]}

في أربعينيات القرن العشرين، ابتكرت مختبرات سي بي إس نظامًا لونيًا مبكرًا يستخدم عجلةً تحتوي على ستة مرشحات لونية، تدور أمام أنبوب كاميرا فيديو واحد لتوليد إشارة RGB. ^{[ 35 ]} يُعرف هذا النظام بنظام الألوان المتسلسل الحقلي ، ويستخدم فيديو متداخلًا ، مع حقول فيديو ملونة متناوبة بالتتابع لإنتاج إطار فيديو كامل. وهذا يعني أن الحقل الأول سيكون أحمر، والثاني أزرق، والثالث أخضر - مطابقةً لمرشحات الألوان على العجلة. ^{[ 35 ]} كان هذا النظام أبسط وأكثر موثوقية من كاميرا الألوان القياسية ذات الأنابيب الثلاثة، وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. ^{[ 34 ]}

أراد ليبار وفريقه في ويستنجهاوس إضافة الألوان إلى كاميرتهم منذ عام 1967، وكانوا يعلمون أن نظام CBS هو الأنسب للدراسة. ^{[ 36 ]} استخدمت كاميرا ويستنجهاوس القمرية الملونة نسخةً معدلةً من نظام الألوان المتسلسل للحقول الخاص بـ CBS. ^{[ 35 ]} وُضعت عجلة ألوان، بستة أجزاء ترشيح، خلف حامل العدسة. كانت تدور بسرعة 9.99 دورة في الثانية، مما ينتج عنه معدل مسح يبلغ 59.94 حقلًا في الثانية، وهو نفس معدل فيديو NTSC. تم توفير التزامن بين عجلة الألوان ومعدل مسح أنبوب الالتقاط بواسطة مغناطيس على العجلة، والذي يتحكم في مولد نبضات التزامن الذي يتحكم في توقيت الأنبوب.

استخدمت الكاميرا الملونة نفس أنبوب تصوير الفيديو SEC المستخدم في كاميرا القمر أحادية اللون التي حلّقت على متن أبولو 9. كانت الكاميرا أكبر حجمًا، إذ بلغ طولها 430 مليمترًا (17 بوصة) ، بما في ذلك عدسة التكبير الجديدة. تميزت عدسة التكبير ببعد بؤري متغير من 25 مليمترًا إلى 150 مليمترًا، أي بنسبة تكبير 6:1. عند أوسع زاوية لها، بلغت زاوية رؤيتها 43 درجة، بينما في وضع التقريب الأقصى، بلغت زاوية رؤيتها 7 درجات. تراوحت فتحة العدسة من F4 إلى F44، مع تصنيف نفاذية ضوئية T5 . ^{[ 27 ]}   

كانت معالجة الإشارة ضرورية في محطات الاستقبال الأرضية للتعويض عن تأثير دوبلر ، الناتج عن تحرك المركبة الفضائية بعيدًا عن الأرض أو باتجاهها. ولأن تأثير دوبلر يشوه الألوان، فقد طُوّر نظام يستخدم مسجلين فيديو (VTRs) مع تأخير حلقة الشريط للتعويض عن هذا التأثير. ^{[ 35 ]} ثم أُرسلت الإشارة المُعالجة إلى هيوستن بنظام NTSC بالأبيض والأسود. ^{[ ملاحظة 8 ]}

على عكس نظام CBS الذي كان يتطلب جهاز استقبال ميكانيكي خاص في جهاز التلفزيون لفك تشفير اللون، تم فك تشفير الإشارة في مركز التحكم بالمهمات في هيوستن. تمت معالجة الفيديو هذه في الوقت الفعلي. سجل جهاز فك التشفير كل حقل من حقول الأحمر والأزرق والأخضر على حدة على مسجل أقراص مغناطيسية تناظري. وبصفته مخزنًا مؤقتًا للإطارات، أرسل معلومات الألوان المنسقة إلى جهاز تشفير لإنتاج إشارة فيديو ملونة NTSC، ثم تم بثها إلى قناة البث. ^{[ 34 ]} بمجرد فك تشفير اللون، لم تكن هناك حاجة لتحويل المسح، لأن كاميرا الألوان كانت تعمل بنفس معدل تداخل الفيديو البالغ 60 حقلًا في الثانية، وهو نفس معدل معيار NTSC. ^{[ 36 ]}

استُخدمت هذه الكاميرا لأول مرة في مهمة أبولو 10. واعتمدت على قناة النطاق S الإضافية وهوائي النطاق S الكبير في وحدة القيادة لاستيعاب عرض النطاق الترددي الأوسع للكاميرا. واقتصر استخدامها في المركبة القمرية على الالتحام بوحدة القيادة. وعلى عكس الكاميرات السابقة، احتوت على شاشة عرض فيديو محمولة يمكن تثبيتها مباشرةً بالكاميرا أو تركها تطفو بشكل منفصل. وبفضل عدسة التكبير الجديدة، تمكّن رواد الفضاء من ضبط الإطار بدقة أكبر. ^{[ 35 ]}

كانت مهمة أبولو 12 أول مهمة تستخدم كاميرا ملونة على سطح القمر. بعد حوالي 42 دقيقة من بدء بث أول عملية سير في الفضاء، وجّه رائد الفضاء آلان بين الكاميرا نحو الشمس عن غير قصد أثناء تحضيره لتركيبها على الحامل الثلاثي. تسبب سطوع الشمس الشديد في احتراق أنبوب التقاط الفيديو، مما جعل الكاميرا غير صالحة للاستخدام. عند عودة الكاميرا إلى الأرض، تم شحنها إلى شركة وستنجهاوس، حيث تمكنوا من التقاط صورة للجزء غير المتضرر من الأنبوب. ^{[ 38 ]} أُعيدت كتابة الإجراءات لمنع حدوث مثل هذا التلف في المستقبل، بما في ذلك إضافة غطاء للعدسة لحماية الأنبوب عند نقل الكاميرا من وحدة MESA.

نجحت الكاميرا الملونة في تغطية العمليات القمرية خلال مهمة أبولو 14 عام 1971. إلا أن مشاكل جودة الصورة ظهرت نتيجةً لخلل في نظام التحكم التلقائي في كسب الصورة (AGC) الذي واجه صعوبة في ضبط التعريض الضوئي المناسب لرواد الفضاء في ظروف الإضاءة عالية التباين، مما تسبب في زيادة سطوع بدلات الفضاء البيضاء أو ظهور ما يُعرف بـ" التوهج ". لم تكن الكاميرا مزودة بدائرة تصحيح غاما ، مما أدى إلى فقدان تفاصيل درجات اللون المتوسطة في الصورة. ^{[ 39 ]}

بعد مهمة أبولو 14، اقتصر استخدامها على وحدة القيادة فقط، إذ حلت محلها كاميرا جديدة من صنع شركة آر سي إيه في عمليات سطح القمر. واستمر استخدام كاميرا ويستنجهاوس الملونة طوال سبعينيات القرن العشرين في جميع مهمات سكايلاب الثلاث ومشروع أبولو-سويوز التجريبي .

مُنحت جوائز إيمي لعامي 1969-1970 للإنجاز المتميز في التطوير التقني/الهندسي لوكالة ناسا عن الجوانب المفاهيمية لكاميرا أبولو التلفزيونية الملونة، ولشركة وستنجهاوس إلكتريك عن تطوير الكاميرا. ^{[ 40 ]}

آلة تصوير

عدسة

• 
  صورة تلفزيونية للأرض التقطتها مركبة أبولو 10
• 
  صورة تلفزيونية لأبولو 11
• 
  كاميرا ويستنجهاوس الملونة على سطح القمر خلال مهمة أبولو 12
• 
  إدغار ميتشل مع كاميرا أبولو 14