Câmera de TV Apollo - Apollo TV camera

Câmera de TV portátil RCA Apollo em Steven F. Udvar-Hazy Center Virginia, EUA

Apollo Lunar Television Camera, já que foi montada na lateral do Módulo Lunar Apollo 11 quando transmitiu "One small step" de Neil Armstrong . Observe como a câmera é arrumada de cabeça para baixo em sua parte superior, por ser sua única superfície plana.

O programa Apollo usou várias câmeras de televisão em suas missões espaciais no final dos anos 1960 e 1970; algumas dessas câmeras de TV Apollo também foram usadas nas últimas missões do Projeto de Teste Skylab e Apollo-Soyuz . Essas câmeras variam em design, com a qualidade da imagem melhorando significativamente a cada modelo sucessivo. Duas empresas fabricaram esses vários sistemas de câmera: RCA e Westinghouse . Originalmente, essas câmeras de televisão de varredura lenta (SSTV), rodando a 10 quadros por segundo (fps), produziam apenas fotos em preto e branco e voaram pela primeira vez na missão Apollo 7 em outubro de 1968. Uma câmera colorida - usando um campo sistema sequencial de cores - voou na missão Apollo 10 em maio de 1969, e em todas as missões depois disso. A câmera colorida funcionou no padrão norte-americano de 30 fps. Todas as câmeras usaram tubos de captação de imagens que eram inicialmente frágeis, pois um deles foi irreparavelmente danificado durante a transmissão ao vivo do primeiro moonwalk da missão Apollo 12 . Começando com a missão Apollo 15 , uma câmera mais robusta e resistente a danos foi usada na superfície lunar. Todas essas câmeras exigiam processamento de sinal na Terra para tornar a taxa de quadros e a codificação de cores compatíveis com os padrões de transmissão de televisão analógica.

Começando com a Apollo 7, uma câmera foi carregada em todos os módulos de comando (CM) da Apollo, exceto na Apollo 9. Para cada missão de pouso lunar, uma câmera também foi colocada dentro da montagem de estiva de equipamento modularizada (MESA) do módulo lunar da Apollo (LM). O posicionamento da câmera no MESA possibilitou a transmissão dos primeiros passos dos astronautas enquanto eles desciam a escada do LM no início do primeiro moonwalk / EVA de uma missão . Em seguida, a câmera era destacada de seu suporte no MESA, montada em um tripé e retirada do LM para mostrar o progresso do EVA; ou montado em um veículo móvel lunar (LRV), onde poderia ser controlado remotamente a partir do controle da missão na Terra.

Câmera de TV do módulo de comando RCA

Desenvolvimento

TV de varredura lenta da Apollo 7 , transmitida pela câmera de TV do módulo de comando RCA

A NASA decidiu sobre as especificações iniciais para TV no módulo de comando Apollo (CM) em 1962. As técnicas de transmissão analógica e digital foram estudadas, mas os primeiros sistemas digitais ainda usavam mais largura de banda do que uma abordagem analógica: 20 MHz para o sistema digital, em comparação com 500 kHz para o sistema analógico. O padrão de vídeo para o Block I CM significava que o padrão de vídeo analógico para as primeiras missões Apollo era definido da seguinte forma: sinal monocromático , com 320 linhas de varredura ativas e varredura progressiva a 10 quadros por segundo (fps). A RCA foi contratada para fabricar essa câmera. Foi entendido na época que a fidelidade de movimento de um sistema de televisão de varredura lenta (SSTV) seria menor do que os sistemas de televisão comerciais padrão, mas considerada suficiente considerando que os astronautas não estariam se movendo rapidamente em órbita, ou mesmo na superfície lunar.

Processamento de sinal de vídeo

Como a taxa de varredura da câmera era muito menor do que aproximadamente 30 fps para vídeo NTSC , o padrão de televisão usado na América do Norte na época, uma conversão de varredura em tempo real era necessária para mostrar suas imagens em um aparelho de TV normal. A NASA selecionou um conversor de varredura fabricado pela RCA para converter os sinais SSTV em preto e branco das missões Apollo 7, 8, 9 e 11.

Quando a câmera de TV Apollo transmitiu suas imagens por rádio, as estações terrestres receberam seu sinal SSTV não convertido bruto e o dividiram em duas ramificações. Um ramo de sinal foi enviado não processado para um gravador de fita de dados analógico de quatorze trilhas , onde foi gravado em bobinas de quatorze polegadas de diâmetro de fitas magnéticas analógicas de uma polegada de largura a 3,04 metros por segundo. O outro ramo de sinal SSTV bruto foi enviado para o conversor de varredura RCA, onde seria processado em um sinal de televisão de transmissão NTSC.

O processo de conversão começou quando o sinal foi enviado para o monitor de vídeo de 10 polegadas de alta qualidade do conversor RCA, onde uma câmera de televisão convencional RCA TK-22 - usando o padrão de transmissão NTSC de 525 linhas digitalizadas entrelaçadas a 30 fps - simplesmente fotografou novamente seu tela. O monitor tinha fósforos persistentes, que agiam como um framebuffer primitivo . Um gravador de disco analógico, baseado no modelo Ampex HS-100 , foi usado para registrar o primeiro campo da câmera. Em seguida, alimentou esse campo, e uma cópia adequadamente retardada do primeiro campo, para o interruptor de entrelaçamento de campo NTSC (codificador). Os campos originais e copiados combinados criaram o primeiro quadro entrelaçado de 525 linhas completo e o sinal foi enviado para Houston. Ele repetiu essa sequência mais cinco vezes, até que o sistema gerou imagens do próximo quadro SSTV. Em seguida, ele repetiu todo o processo com cada novo quadro baixado do espaço em tempo real. Dessa forma, a cadeia produzia os 20 quadros extras por segundo necessários para produzir imagens sem cintilação para as emissoras de televisão do mundo todo.

Essa conversão ao vivo era rudimentar em comparação com as técnicas de conversão digital eletrônica do início do século 21. A degradação da imagem era inevitável com este sistema, já que as limitações óticas do monitor e da câmera reduziram significativamente o contraste , o brilho e a resolução do sinal SSTV original . O vídeo visto em aparelhos de televisão domésticos foi ainda mais degradado pelo caminho de transmissão analógica muito longo e ruidoso. O sinal convertido foi enviado por satélite das estações terrestres receptoras para Houston, Texas. Em seguida, o feed do pool de rede foi enviado por retransmissão de microondas para Nova York, onde foi transmitido ao vivo para os Estados Unidos e o mundo.

Histórico operacional

Câmera de televisão RCA, Apollo 7

Terra vista durante a transmissão de TV ao vivo da Apollo 8 em 23 de dezembro de 1968 usando a lente telefoto de 100 mm na câmera de TV do módulo de comando RCA

A Apollo 7 e a Apollo 8 usaram uma câmera RCA de varredura lenta em preto e branco. Na Apollo 7, a câmera pode ser equipada com uma lente grande angular de 160 graus ou uma teleobjetiva com um ângulo de visão de 9 graus. A câmera não tinha visor ou monitor, então os astronautas precisaram da ajuda do Controle da Missão para apontar a câmera no modo telefoto.

Especificações

A câmera usou lentes intercambiáveis, incluindo uma lente grande angular com um campo de visão de 160 graus e uma lente telefoto de 100 mm.

Câmera

Câmera de televisão lunar Westinghouse Apollo

Desenvolvimento

Maquete de treinamento do módulo lunar, mostrando a posição relativa da câmera implantada no MESA

Câmera de televisão lunar para pouso da Apollo 11 na Lua, Westinghouse, idêntica ao modelo usado na Lua

Em outubro de 1964, a NASA concedeu a Westinghouse o contrato para a câmera de TV lunar. Stan Lebar , o gerente de programa da câmera lunar de TV Apollo, chefiou a equipe da Westinghouse que desenvolveu a câmera que trazia fotos da superfície lunar.

A câmera teve que ser projetada para sobreviver a diferenças extremas de temperatura na superfície lunar, variando de 121 ° C (250 ° F) à luz do dia a −157 ° C (−251 ° F) na sombra. Outro requisito era ser capaz de manter a potência em aproximadamente 7 watts e encaixar o sinal na largura de banda estreita da antena de banda S do LM , que era muito menor e menos potente do que a antena do módulo de serviço.

Histórico operacional

A câmera foi testada pela primeira vez no espaço durante a missão Apollo 9 em março de 1969. A câmera foi guardada no LM e usou os sistemas de comunicação do LM para avaliar seu desempenho antes do início das operações lunares. Isso significa que o CM não carregou uma câmera de vídeo para esta missão. Em seguida, foi usado na Apollo 11, transportado no estágio de descida do LM, no quad 4 Modularized Equipment Stowage Assembly (MESA). Era do MESA, onde capturou o primeiro passo da humanidade em outro corpo celeste em 21 de julho de 1969. A Apollo 11 seria a primeira e última vez que a câmera seria usada na superfície lunar; no entanto, ela voou como uma câmera de backup nas missões da Apollo da Apollo 13 à Apollo 16 , caso as câmeras coloridas tivessem um destino semelhante ao da câmera da Apollo 12 .

Especificações

As dimensões da câmera eram 269 mm x 165 mm x 86 mm (10,6 pol. X 6,5 pol. X 3,4 pol.) De tamanho e pesava 3,29 quilogramas (7,3 lb). Ele consumiu 6,50 watts de potência. Sua montagem de lente baioneta permitiu mudanças rápidas para as duas lentes intercambiáveis ​​usadas na Apollo 11: uma lente grande angular e uma lente lunar diurna.

Câmera

Lentes

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  Foto da imagem SSTV de alta qualidade recebida da Apollo 11 na Honeysuckle Creek Tracking Station

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  Foto da imagem SSTV de alta qualidade antes da conversão de digitalização

• 

  Foto da imagem SSTV de alta qualidade antes da conversão de digitalização

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  Câmera Westinghouse na superfície lunar durante a Apollo 11

Câmera lunar colorida Westinghouse

Escolha de um processo de cor

Stan Lebar, o gerente de projeto das câmeras de televisão Apollo da Westinghouse, mostra a câmera colorida sequencial de campo à esquerda e a câmera monocromática de superfície lunar à direita.

As câmeras de televisão de estúdio de transmissão em cores na década de 1960, como a RCA TK-41 , eram grandes, pesadas e com alto consumo de energia. Eles usaram três tubos de imagem para gerar sinais de vídeo vermelho, verde e azul (RGB) que foram combinados para produzir uma imagem colorida composta . Essas câmeras exigiam ótica complexa para manter os tubos alinhados. Uma vez que as variações de temperatura e vibração facilmente colocariam um sistema de três tubos fora de alinhamento, um sistema mais robusto era necessário para as operações da superfície lunar.

Na década de 1940, o CBS Laboratories inventou um sistema de cores antigo que utilizava uma roda, contendo seis filtros de cores, girada na frente de um único tubo de câmera de vídeo para gerar o sinal RGB. Chamado de sistema de cores sequenciais de campo , ele usava vídeo entrelaçado , com campos de vídeo coloridos sequencialmente alternados para produzir um quadro de vídeo completo. Isso significava que o primeiro campo seria vermelho, o segundo azul e o terceiro verde - combinando com os filtros de cor da roda. Esse sistema era mais simples e confiável do que uma câmera colorida de três tubos padrão e mais eficiente em termos de energia.

A câmera

Lebar e sua equipe da Westinghouse queriam adicionar cor à sua câmera já em 1967 e sabiam que o sistema CBS provavelmente seria o melhor sistema para estudar. A câmera colorida lunar Westinghouse usou uma versão modificada do sistema de cores sequencial de campo da CBS. Uma roda de cores, com seis segmentos de filtro, foi colocada atrás da montagem da lente. Ele girou a 9,99 revoluções por segundo, produzindo uma taxa de varredura de 59,94 campos por segundo, a mesma do vídeo NTSC. A sincronização entre a roda de cores e a taxa de varredura do tubo coletor era fornecida por um ímã na roda, que controlava o gerador de pulso de sincronização que governava o tempo do tubo.

A câmera colorida usou o mesmo tubo de imagem de vídeo SEC que a câmera lunar monocromática voada na Apollo 9. A câmera era maior, medindo 430 milímetros (17 pol.) De comprimento, incluindo a nova lente de zoom. A lente de zoom tinha uma distância focal variável de 25 mm a 150 mm, ou seja, uma proporção de zoom de 6: 1. Em seu ângulo mais amplo, ele tinha um campo de visão de 43 graus, enquanto em seu modo telefoto extremo, tinha um campo de visão de 7 graus. A abertura variou de F4 a F44, com uma classificação de transmissão de luz T5 .

Decodificação de cores e processamento de sinal

O processamento do sinal foi necessário nas estações terrestres receptoras da Terra para compensar o efeito Doppler , causado pela nave espacial se afastando ou em direção à Terra. O efeito Doppler distorceria a cor, então um sistema que empregava dois gravadores de videotape (VTRs), com um atraso de loop de fita para compensar o efeito, foi desenvolvido. O sinal limpo foi então transmitido para Houston em preto e branco compatível com NTSC .

Ao contrário do sistema CBS, que exigia um receptor mecânico especial em um aparelho de TV para decodificar a cor, o sinal foi decodificado no Centro de Controle da Missão de Houston. Este processamento de vídeo ocorreu em tempo real. O decodificador gravou separadamente cada campo vermelho, azul e verde em um gravador analógico de disco magnético. Atuando como um framebuffer, ele então enviava as informações de cores coordenadas para um codificador para produzir um sinal de vídeo colorido NTSC e então liberava para o feed do pool de transmissão. Depois que a cor foi decodificada, a conversão de varredura não foi necessária, porque a câmera colorida funcionou na mesma taxa de entrelaçamento de vídeo de 60 campos por segundo do padrão NTSC.

Histórico operacional

Foi usado pela primeira vez na missão Apollo 10 . A câmera usou o canal de banda S extra do módulo de comando e uma grande antena de banda S para acomodar a largura de banda maior da câmera. Ele só foi usado no módulo lunar quando foi acoplado ao módulo de comando. Ao contrário das câmeras anteriores, ele continha um monitor de vídeo portátil que poderia ser conectado diretamente à câmera ou flutuar separadamente. Combinado com a nova lente de zoom, permitiu que os astronautas tivessem melhor precisão no enquadramento.

A Apollo 12 foi a primeira missão a usar a câmera colorida na superfície lunar. Cerca de 42 minutos depois de transmitir o primeiro EVA, o astronauta Alan Bean inadvertidamente apontou a câmera para o Sol enquanto se preparava para montá-la no tripé. O brilho extremo do Sol queimava o tubo de captação de vídeo, tornando a câmera inútil. Quando a câmera foi devolvida à Terra, ela foi enviada para a Westinghouse, e eles conseguiram obter uma imagem na seção do tubo que não estava danificada. Os procedimentos foram reescritos para evitar tais danos no futuro, incluindo a adição de uma tampa de lente para proteger o tubo quando a câmera fosse reposicionada para fora do MESA.

O quadro EVA da Apollo 14 demonstra o problema do " florescimento " com câmeras coloridas.

A câmera colorida cobriu com sucesso as operações lunares durante a missão Apollo 14 em 1971. Problemas de qualidade de imagem apareceram devido ao controle automático de ganho (AGC) da câmera ter problemas para obter a exposição adequada quando os astronautas estavam em situações de luz de alto contraste, e causou o branco trajes espaciais a serem superexpostos ou " florescer ". A câmera não tinha um circuito de correção de gama . Isso resultou na perda de detalhes dos tons médios da imagem.

Depois da Apollo 14, ela foi usada apenas no módulo de comando, já que a nova câmera construída com RCA a substituiu para operações na superfície lunar. A câmera colorida Westinghouse continuou a ser usada ao longo da década de 1970 em todas as três missões Skylab e no Projeto de Teste Apollo – Soyuz .

Os prêmios Emmy de 1969-1970 por Realização de Destaque em Desenvolvimento Técnico / Engenharia foram concedidos à NASA pelos aspectos conceituais da câmera de televisão Apollo em cores e à Westinghouse Electric Corporation pelo desenvolvimento da câmera.

Especificações

Câmera

Lente

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  Imagem da Terra na TV da Apollo 10

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  Imagem de TV da Apollo 11

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  Câmera colorida Westinghouse na superfície lunar durante a Apollo 12

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  Edgar Mitchell com a câmera Apollo 14

Conjunto de televisão comandado por solo da série J RCA (GCTA)

Devido à falha da câmera da Apollo 12, um novo contrato foi concedido para a instalação da RCA Astro Electronics em East Windsor, New Jersey . A equipe de design foi chefiada por Robert G. Horner. O sistema RCA usou um tubo de câmera de TV novo, mais sensível e durável, o recém-desenvolvido tubo de captação de alvo intensificador de silício (SIT). A qualidade de imagem melhorada era óbvia para o público com os melhores detalhes tonais da câmera RCA na gama média, e a falta de floração que era aparente nas missões anteriores.

O sistema era composto pela câmera de televisão em cores (CTV) e a unidade de controle da televisão (TCU). Eles foram conectados à unidade de relé de comunicações lunar (LCRU) quando montados no Veículo Móvel Lunar (LRV). Como a câmera colorida Westinghouse, ela usava o sistema de cores sequencial de campo e o mesmo processamento de sinal de estação terrestre e técnicas de decodificação de cores para produzir um sinal de vídeo em cores NTSC de transmissão.

Na Apollo 15, a câmera produziu imagens ao vivo do MESA do LM, assim como as missões anteriores. Ele foi reposicionado do MESA para um tripé, onde fotografou o Veículo Rover Lunar (LRV) sendo implantado. Depois que o LRV foi totalmente implantado, a câmera foi montada lá e controlada por comandos do solo para inclinação, panorâmica e zoom in e out. Esta foi a última missão a ter vídeo ao vivo dos primeiros passos da missão através do MESA, uma vez que nos voos seguintes foi estivado com o VLT.

• 

  Transmissão GCTA do LRV

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  Câmera de televisão Apollo 15 e antena de alto ganho

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  Câmera de televisão Apollo 16. Observe o guarda-sol preso à parte superior da lente, um recurso usado pela primeira vez na Apollo 16.

Uso

Câmeras usadas, CM = módulo de comando, LM = módulo lunar

• Apollo 7: RCA B&W SSTV (CM)
• Apollo 8: RCA B&W SSTV (CM)
• Apollo 9: Westinghouse B&W (LM)
• Apollo 10: cor Westinghouse (CM)
• Apollo 11: Westinghouse color (CM), Westinghouse B&W (LM)
• Apollo 12: cor Westinghouse (CM e LM)
• Apollo 13: Westinghouse color (CM & LM), Westinghouse B&W era um backup para LM (não usado), câmera LM não foi usada
• Apollo 14: Westinghouse color (CM & LM), Westinghouse B&W era um backup para LM (não usado)
• Apollo 15: Westinghouse color (CM), RCA GCTA (LM), Westinghouse B&W era um backup para LM (não usado)
• Apollo 16: Westinghouse color (CM), RCA GCTA (LM), Westinghouse B&W era um backup para LM (não usado)
• Apollo 17: cor Westinghouse (CM), RCA GCTA (LM)

Veja também

• Apollo 11 faltando fitas
• Lista de câmeras da NASA em espaçonaves

Notas

Citações

Referências

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links externos

• Honeysuckle Creek discute alguns dos vídeos do moonwalk da Apollo 11.
• Apollo Talks Episódio 8 (2007) entrevista com Stan Lebar, gerente de projeto da Westinghouse Lunar Camera.