Как было получено изображение обратной стороны Луны

Прием сигналов изображения на Земле

Дошедшие до Земли сигналы радиопередатчика космической станции по кабелю подводились к радиоприемному устройству. Здесь эти слабые сигналы усиливались и преобразовывались. На выходе детектора создавались уже сигналы изображения, которые затем дополнительно усиливались.

Сигналы изображения фиксировались тремя способами: на кинофотопленку, в аппаратах магнитной записи и на специальных электронно-лучевых трубках с длительным послесвечением. Производилась также запись изображений на электрохимической бумаге в фототелеграфных аппаратах открытой записи.

Как видно из сказанного, регистрация сигналов изображения, принятых наземными приемными пунктами, производилась многими способами. Это позволяло осуществлять необходимое резервирование и производить визуальный контроль процесса передачи. Кроме того, регистрация сигналов различными способами позволила устранить специфические искажения, возникшие на линии радиосвязи и в самих регистрирующих устройствах.

Рассмотрим подробнее принципы работы регистрирующих устройств.

Запись сигналов изображения на магнитную ленту. Одним из методов фиксации сигналов изображения обратной стороны Луны была запись электрических телевизионных сигналов на магнитную ленту. Сохраняясь неограниченно долгое время, однажды сделанная магнитная запись может по желанию многократно воспроизводиться с помощью устройства, аналогичного записывающему.

Рассмотрим устройство простейшей системы записи и воспроизведения сигналов изображения. Схема записывающего аппарата представлена на рис. 13,а. С подающей кассеты с помощью лентопротяжного механизма протягивается в приемную кассету лента с нанесенным на нее слоем ферромагнитного материала. Наибольшее распространение получили магнитные носители в виде слоя лака, содержащего ферромагнитный порошок (окись железа или магнетит). Этот слой наносится на ленту толщиной 20–50 мк из ацетилцеллюлозы, триацетата, поливинилхлорида или другого эластичного материала. Лента хранится в виде рулонов в специальных кассетах.

Рис. 13. К пояснению принципа записи сигналов изображения на магнитную ленту. а — основные детали аппаратуры (1 — подающая кассета; 2 — принимающая кассета; 3 — магнитная лента; 4 — записывающая головка; 5— усилитель сигналов изображения; 6 — вход усилителя сигналов изображения); б — к пояснению действия магнитной головки (1 — магнитный слой ленты; 2 — основа; 3— з аписывающая головка; 4 — силовые линии магнитного поля; 5 — пишущее магнитное поле).

При записи лента протягивается с равномерной скоростью у полюсов записывающей магнитной головки через зону, где действует переменное магнитное поле. Головка представляет собой специально сконструированный, чаще всего кольцевой электромагнит с зазором. Сердечник его изготовляется из магнитно-мягкого материала высокой проницаемости.

По обмотке магнитной головки пропускается ток сигнала изображения, поэтому мгновенное значение напряженности магнитного поля в зазоре сердечника головки пропорционально мгновенному значению сигнала изображения и закон изменения напряженности поля соответствует закону изменения сигнала. В процессе записи каждый элемент носителя подвергается намагничиванию в соответствии с мгновенным значением напряженности поля в зазоре.

Вследствие явления остаточного магнетизма магнитное состояние носителя сохраняется долгое время после того, как запись закончена (рис. 13,б).

Считывание сигналов с магнитной ленты осуществляется устройством, аналогичным записывающему. Лента равномерно протягивается вблизи полюсов воспроизводящей головки, сходной по конструкции с записывающей; при этом намагниченные участки движущейся ленты наводят в обмотке головки э. д. с. Так как остаточная индукция разных участков магнитной ленты, на которой произведена запись, различна и при движении ленты меняется по длине ее по закону изменения сигнала изображения, то индуктированная в обмотке головки э. д. с. будет пропорциональной сигналу изображения.

Магнитная запись может быть уничтожена специальном стирающей головкой. Один из способов стирания заключается в том, что, пропуская ленту через поле постоянного магнита, доводят индукцию носителя до насыщения и выравнивают, таким образом, все переменные остаточные индукции, а затем с помощью постоянного магнитного поля обратного направления ленту размагничивают и доводят индукцию до нуля.

Считывание сигналов с магнитной ленты для неискаженного воспроизведения изображения должно проводиться при условии равномерного перемещения ленты как при записи, так и при считывании.

Для воспроизведения записанного кадра на экране электронно-лучевой трубки можно воспользоваться несколькими способами. Можно, например, осуществить многократную перезапись зафиксированных сигналов. Так как запись производилась медленно, то для воспроизведения изображения на экране обычной приемной электронно-лучевой трубки ленту нужно протягивать с большой скоростью.

Запись сигналов изображения на фотопленку. Принцип действия одной из систем записи сигналов изображения на кинофотопленку поясняется на рис. 14. Здесь используется система развертки с электронно-лучевой трубкой, работающей по принципу бегущего светового пятна.

Рис. 14. Принцип записи сигналов изображения на кинопленку.1 — кинопленка; 2 — объектив; 3 —электронно-лучевая трубка.

Светящееся пятно, образуемое на экране электронно-лучевой трубки, равномерно перемещается слева направо. Перемещение пятна осуществляется пилообразным напряжением генератора развертки, прикладываемым к горизонтальным отклоняющим пластинам. Частота пилообразных колебаний генератора развертки синхронизируется строчными синхронизирующими сигналами, посылаемыми передатчиком космической станции. За каждый период колебаний пятно перемещается от левого крайнего в правое крайнее положение и затем быстро возвращается в исходное положение. К вертикально отклоняющим пластинам прикладывается высокочастотное напряжение с частотой около 15 Мгц, модулированное по амплитуде сигналами изображения. В результате на экране появляется светящаяся полоска, высота которой изменяется при изменении силы сигнала изображения. Изображение этой полоски с помощью объектива проецируется на кинофотопленку. Пленка равномерно движется перед объективом, и на ней прочерчивается ряд параллельных полосок.

Для воспроизведения записи пленку, подвергнутую предварительно фотографической обработке, протягивают в воспроизводящем устройстве этой системы и просвечивают бегущим световым пятном, проецируемым с экрана проекционной электронно-лучевой трубки. С другой стороны пленки устанавливается фотоэлемент, преобразующий изменения проходящего светового потока в электрические сигналы изображения.

Пленка при воспроизведении может протягиваться с другой скоростью, чем при записи. Важное значение при воспроизведении имеет правильное и стабильное положение светящейся полоски. Практически из-за неравномерности движения пленки и нестабильности питающих напряжений электронно-лучевой трубки это условие полностью выполнить не удается. Поэтому в системе предусматривается цепь обратной связи, стабилизирующая положение световой полоски относительно записанной дорожки.

Здесь был рассмотрен метод поперечной оптической записи сигналов изображения. В принципе может быть использован и метод записи, основанный на изменении оптической плотности пленки. В этом случае модуляция светового пятна осуществляется подачей сигналов изображения на управляющий электрод электронно-лучевой трубки.

Сигналы изображения, записанные тем или иным способом на фотопленку или магнитную ленту, могут быть затем использованы для получения изображения на каком-либо светочувствительном материале. На рис. 15 приведена блок-схема записывающего устройства с электронной разверткой изображения. Сигнал изображения подается здесь на управляющий электрод электронно-лучевой трубки. Генератор развертывающих колебаний создает колебания, с помощью которых осуществляется развертка изображения на экране трубки. С помощью оптической системы световое изображение переносится на поверхность светочувствительного материала. Перемещение светочувствительного материала производится здесь специальным механизмом подачи.

Рис. 15. Блок-схема записывающего устройства с электронной разверткой изображения.1 — вход сигналов изображения, 2 — усилитель сигналов изображения; 3 — генератор развертывающих колебаний; 4 — источник высокого напряжения трубки; 5 — фокусирующе-отклоняющая система; 6 — электронно-лучевая трубка; 7 — объектив; 8 — светочувствительный материал.

Получение изображения с экрана трубки возможно как при применении фотографического, так и специальных электрофотографических способов записи. При использовании фотографического способа в качестве светочувствительного материала используют фотопленку или фотобумагу повышенной чувствительности.

Сущность электрофотографического воспроизведения заключается в следующем. На проводящую подложку наносят тонкий слой светочувствительного полупроводникового материала, в качестве которого используются селен, сера, сернистый свинец, окись цинка и другие материалы и их сочетания. Полупроводниковый фотослой заряжают до некоторого потенциала (порядка нескольких сотен вольт), для чего этот слой протягивают мимо провода, имеющего потенциал 5–8 кв. При этом на поверхности провода происходит коронирующий разряд. Так как электропроводность фотослоя в темноте очень низка, то поверхность его удерживает заряд достаточно долго. Затем на этот светочувствительный слой проецируется или записывается световым лучом изображение, снижающее в соответствующих местах сопротивление полупроводникового слоя. В результате на поверхности светочувствительного слоя образуется глубокий потенциальный рельеф, представляющий собой невидимое глазом электрическое изображение в виде распределения зарядов различной плотности.

Изображение можно сделать видимым, если опылить поверхность этого слоя мелким порошком, частицы которого имеют заряд, противоположный знаку заряда слоя. Чем больший электрический заряд несет та или иная точка поверхности полупроводника, тем больше частиц притягивается к этим точкам. Те элементы изображения, которые не были облучены светом, имеют малую фотопроводимость и потому сохраняют большой заряд; потому они покрываются плотным слоем порошка. Освещенные ранее элементы поверхности светочувствительного слоя теряют весь или часть заряда вследствие увеличения фотопроводимости слоя; они не в состоянии притянуть частицы порошка и потому будут светлыми.

Светочувствительный слой может быть нанесен либо непосредственно на бумагу, либо на металлическую поверхность (в этом случае изображение, образованное порошком, переносится впоследствии на бумагу). Запись непосредственно на электрофотографическую бумагу обладает тем недостатком, что светочувствительность такой бумаги снижается, а это не позволяет записывать изображения с большими скоростями. В случае же использования отдельного фотопроводящего слоя, нанесенного на металлическую поверхность, удается достигнуть лучших результатов и получить более высокую чувствительность. При записи изображения этим способом светочувствительный слой удобно наносить на барабан, а строку развертки располагать при этом вдоль образующей цилиндра (рис. 16). Барабан медленно вращается; при этом часть поверхности фотопроводящего слоя сначала заряжается, затем освещается модулированным лучом света и опыляется красящим порошком, после чего краситель переносится на обыкновенную бумагу. Такая конструкция воспроизводящего устройства дает возможность почти сразу же просматривать изображение на отпечатке.

Еще проще осуществляется запись на ленту из электрофотографической бумаги. Устройство подобного записывающего аппарата показано на рис. 17.

Закрепление порошков на бумаге производится нагреванием ее так, чтобы нанесенный на ее поверхность порошок, в состав которого входят смолистые вещества, расплавился и тем самым прочно закрепился на бумаге. Весь процесс обработки при использовании электрофотографического способа занимает всего несколько секунд.

Рис. 16. Схема электрофотографической записи на барабане.1 — зарядное устройство; 2 — опылитель; 3— бумага; 4 — модулирующий световой поток; 5 — строка развертки.

Запись изображений скиатронами. Для воспроизведения изображения Луны были использованы также электронно-лучевые трубки с длительным послесвечением — скиатроны, представляющие собой приборы клапанного типа.

Принцип работы приборов клапанного типа поясняется схематически на рис. 18. На этом рисунке показан световой модулятор, работающий на просвет, т. е. изображен прибор диаскопической системы. Независимый источник света с помощью оптики равномерно освещает одну из сторон светового модулятора — экрана скиатрона, прозрачность отдельных элементов которого неравномерна и определяется проецируемым изображением. Телевизионное изображение с другой стороны экрана скиатрона, яркость которого определяется яркостью независимого источника света, проецируется объективом на светорассеивающий экран.

Рис. 17. Схема электрофотографической записи на ленте из электрофотографической бумаги.1 — зарядное устройство; 2 — электрофотографическая бумага; 3 — ролик лентопротяжного механизма; 4 —опылитель; 5 — световой пучок.

Устройство скиатрона схематически показано на рис. 19. Действие светового клапана, применяемого в этих трубках, основано на изменении прозрачности некоторых кристаллических веществ при изменении интенсивности облучающего их электронного пучка. Этими свойствами обладают некоторые кристаллы, например, поваренная соль, хлористый и бромистый калий. Электронный пучок создает на одной из сторон пластинки из такого вещества негативное изображение, пластинка же просвечивается источником света, и полученное изображение с помощью объектива проецируется на экран.

Рис. 18. К объяснению принципа работы приборов клапанного типа.1 — интенсивный источник света; 2 —световой модулятор; 3 — видеоусилитель; 4 — вход сигналов изображения; 5 — объектив;6 — светорассеивающий экран.

Рис. 19. Схема телевизионной проекционной системы со скиатроном,1 — источник света: 2 — конденсор; 3— экран скиатрона; 4 — фокусирующая система; 5 — отклоняющая система; 6 — усилитель сигналов изображения; 7 — объектив; 8 — проекционный экран;9 — электронный пучок.

В настоящее время используются также системы проекции изображения, в которых световой модулятор работает на отражение. Такие системы называются эпископическими. На рис. 20 приведено схематическое изображение проекционной и осветительной оптики такой системы.

Экран скиатрона состоит в основном из тонкого слоя кристаллов щелочно-галоидных солей, обычно хлористого калия. Отдельные элементы экрана, подвергнутые бомбардировке электронным пучком, обладают способностью поглощать лучи видимого света. Таким образом, если производится развертка модулированным электронным пучком, то, освещая экран такой трубки белым светом, мы сможем наблюдать записанное на нем изображение. Если изображение, воспроизведенное на экране скиатрона, равномерно освещено яркой лампой системы, состоящей из независимого источника света и осветительной оптики (два зеркала и конденсор), то отраженный от экрана скиатрона свет можно спроецировать специальной оптикой на светорассеивающий экран. В такой системе используется отражательная оптика, основанная на способности вогнутого сферического зеркала создавать при определенных условиях увеличенное изображение предмета. Возникающие при этом искажения изображения устраняются использованием специальной корректирующей линзы, помещаемой перед зеркалом в плоскости, проходящей через центр кривизны сферического зеркала.

Рис. 20. Проекционная и осветительная оптика регистрирующего устройства с проекционной трубкой (скиатроном).1— рефлектор; 2 — источник света; 3 — конденсор; 4 и 10 — зеркала; 5 — собирающая линза; 6 —сферическое зеркало; 7 — скиатрон; 8 — корректирующая линза; 9 — фокусирующе-отклоняющая система; 11 — светорассеивающий экран.

Скиатроны часто называют трубками с темновой записью, так как с увеличением плотности электронного пучка, бомбардирующего экран, увеличиваются светопоглощающие свойства экрана. Время существования темных пятен на экране зависит от интенсивности сигналов, числа последовательных импульсов возбуждения одного и того же элемента экрана и интенсивности источника света. Для получения на светорассеивающем экране позитивного изображения в скиатроне необходимо использовать сигнал изображения обратной полярности.

Полученное на экране скиатрона изображение может быть использовано для контроля космической телевизионной передачи и визуального изучения передаваемого изображения. Оно может быть также сфотографировано.

Воспроизведение изображений на электрохимической бумаге. Как сообщалось в печати, при приеме сигналов изображения с автоматической межпланетной станции использовалась также открытая запись изображения на электрохимической бумаге.

Открытой записью изображений называют такую фототелеграфную запись, которая может производиться в любых условиях освещения и видна оператору в течение всего процесса приема изображения.

В данном случае речь идет об открытой записи, осуществляемой электроконтактными устройствами на специальную электропроводящую бумагу. Бумага может использоваться в виде отдельных бланков или лент; ширина ленты при этом равна длине строки воспроизводимого изображения.

Для записи изображения на электрохимическую бумагу в виде ленты применяется система, в состав которой входят следующие основные части (рис. 21): вращающаяся одновитковая спираль, прижимная или пишущая планка с острой нижней гранью, расположенная параллельно образующей барабана, прижимные пружины и система лентопротяжных валиков, предназначенная для протягивания бумаги. Одновитковая спираль может выполняться либо в виде спирально изогнутой пластины, укрепленной соответствующими держателями на оси, либо в виде витка проволоки, наложенного на цилиндрический барабан.

Пишущая планка при помощи пружин непрерывно прижимается к бумаге. Сигнал изображения прикладывается между планкой и спиралью цилиндра. Так как бумага обладает электропроводностью, то электрическая цепь записи всегда является замкнутой.

При вращении барабана точка соприкосновения бумаги со спиралью перемешается параллельно оси барабана и каждый оборот барабана соответствует одной строке изображения. Продольное перемещение ленты осуществляется с помощью лентопротяжных валиков.

При больших форматах воспроизводимого изображения записывающее устройство со спиралью становится очень громоздким. Действительно, чем больше длина строки записи, тем больше должен быть диаметр спирали, чтобы угол между планкой и спиралью не был меньше 45–60°, так как при малых углах разрешающая способность устройства, т. е. способность воспроизводить мелкие детали изображения, резко снижается.

Рис. 21. Электромеханическое устройство для записи на электрохимическую бумагу.1 — барабан; 2 — спираль; 3 — пишущая планка, 4 — электрохимическая бумага; 5 — пружины.

Для уменьшения размеров записывающего устройства вместо пишущей планки применяют вторую спираль; тогда воспроизводимый элемент создается в точке пересечения двух вращающихся спиралей. Следующим усовершенствованием такого двухспирального устройства может быть применение многовитковых спиралей. Обычно многовитковой делают только одну из спиралей; при этом скорость вращения барабана можно уменьшить во столько раз, сколько имеется витков спирали. Такая конструкция позволяет получить малые размеры воспроизводимого элемента даже для длинных строк при сравнительно небольших диаметрах спиралей.

Используемая для записи бумага обладает свойством электропроводимости и способностью давать так называемую цветную реакцию на прохождение электрического тока. Сущность цветной реакции бумаги состоит в том, что в момент прохождения тока в ней происходят химические превращения, в результате которых вещества с окраской одного цвета превращаются в новые вещества с другой окраской. Электрохимические электропроводящие бумаги обладают ионной проводимостью электролитов. Цветная реакция здесь является следствием электролиза. Прохождение электрического тока может вызвать изменение цвета предварительно химически обработанной бумаги (в точке ее соприкосновения с планкой и спиралью) в результате таких процессов, как электролиз, разряд на электроде, находящемся в контакте с бумагой, и других физических явлений.

Общая технология получения электрохимической бумаги состоит в том, что обыкновенную белую бумагу определенного сорта пропитывают химическим раствором и после этого сохраняют до записи в сухом или влажном состоянии. В первом случае бумагу перед записью необходимо увлажнить, во втором случае бумага всегда готова для ведения записи.

Чтобы придать бумаге свойство цветной реакции, в раствор необходимо добавить какое-либо красящее вещество — индикатор. В качестве индикаторов применяются слабо диссоциированные органические кислоты (или щелочи), которые в результате прибавления щелочи (или кислоты) превращаются в соли и изменяют свою окраску.