Lunar Orbiter (LOR)

De Rangers hadden de Maan gefotografeerd door er met grote snelheid op af te vliegen, met een vernietiging van het ruimtevaartuig als resultaat. De Surveyors maakten een zachte landing op het Maanoppervlak en maakten duidelijk dat je op de Maan kon landen, want het oppervlak was stevig genoeg. In de onmiddellijke omgeving van de Surveyors kon men heel kleine details nog waarnemen.
NASA had echter goede foto's nodig van het Maanoppervlak, om geschikte landingsplaatsen voor het Apollo programma uit te zoeken. Hiervoor werd het Lunar Orbiter (LOR) project opgezet.
Het LOR programma was heel succesvol: alle vijf lanceringen zijn geslaagd. Daardoor had men de mogelijkheid om delen van de Maan te fotograferen die niet echt nodig waren voor het Apollo programma, maar wel uiteindelijk een fotoatlas van 99% van het Maanoppervlak opleverden.

Op de tekeningen hiernaast is te zien welke delen van het oppervlak door de LORs zijn gefotografeerd. De maanlandingen vonden plaats op de voor ons zichtbare helft (Nearside). De achterkant van de Maan (Farside) leverde mooie foto's op om ons beeld van de Maan compleet te maken.

Zoals op de tekening te zien is, ligt de baan van de LORs er dicht boven het maanoppervlak. Soms wel slechts een hoogte van 50 km. Dat betekent dat ze er snel overheen vliegen, met als gevolg dat de opnamen wazig kunnen worden. De foto's moesten bovendien erg gedetailleerd zijn. Hiervoor kwam eigenlijk alleen maar de gewone fotografie met film in aanmerking. De film kon niet erg gevoelig zijn, want dan zou hij gesluierd kunnen worden door de kosmische straling. De kosmische straling belicht dan als het ware de film dwars door de metalen behuizing heen. Op zich is de laaggevoelige film geen probleem, want dat soort film levert wel de scherpste foto's op. Maar men moest wel een systeem bedenken waarbij de film tijdens het belichten meebewogen wordt. Vergelijk het met het meebewegen als je een foto van een snel voorbij rijdende motorfiets wilt maken. In de LOR werd de film tussen glasplaten geklemd en door een mechanisme meebewogen. Dat heeft hetzelfde effect als de camera bewegen. Kodak hoefde voor de LOR camera's niet het wiel opnieuw uit te vinden. Dergelijke systemen werden al gebruikt om vanuit straaljagers luchtfoto's te maken.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

De film werd aan boord ontwikkeld en door een scansysteem uitgelezen. Kodak zorgde voor de camera's en het systeem om de film te ontwikkelen en te scannen.  Het hele systeem zat in een capsule die onder normale druk stond en bovendien een venster bevatte waardoor de camera's konden fotograferen. Hieronder is de LOR te zien:

1 is de hoofdmotor, om het ruimtevaartuig af te remmen en zodoende in een baan om de Maan te brengen. Die motor is gemonteerd op een hitteschild.

2 tanks met brandstoffen (stikstof tetroxide en UDMH hydrazine); als deze stoffen samenkomen, ontsteken ze spontaan. Op die manier is een motor vele malen (kort) te starten.

3 de antenne die rondom gevoelig is.

4 de zonnepanelen; we kijken hier tegen de achterkant aan. Samen leveren ze 450 Watt.

5 het ei-vormige drukvat met de fotografische apparatuur; totaal gewicht 69 kg.

6 het ringvormige dek

7 een van de straalpijpjes voor de standregeling (dit werkte met samengeperste stiktof).

8 de antenne met hoge gevoeligheid. Deze werd ook gebruikt om de gegevens digitaal naar de Aarde te sturen.

9 de twee lenzen (of objectieven), waarvan de grootste een brandpuntsafstand van 610 mm. heeft. 

De LOR bevatte verder nog een computer die er voor zorgde dat -als het nodig was- hij 16 uur onafhankelijk van de Aarde kon functioneren.

 

Het fotografische systeem

Dit bestond uit twee lenzen, een filmontwikkelaar en een uitleessysteem.

Een 80 mm objectief (eigenlijk een standaard lens voor de gebruikte 70 mm brede film) leverde een beeldhoek van 44,2 bij 37,9 op. Een objectief met een brandpuntsafstand van 610 mm fotografeerde een smal gebied binnen dit veld, er precies middenin met een beeldhoek van 20,4 bij 5,16 . Deze laatste was dus een echte telelens. (Zie hiernaast). Deze 610 mm les maakte opnamen met hoog scheidend vermogen (de zgn. H-frames) en de 80 mm lens maakte opnamen met een gemiddeld scheidend vermogen (de M-frames).
De film in de LOR capsule bestond uit een rol van 70 mm breed en 80 m lang van het type Kodak SO-243 High Definition Aerial film. Deze film kon bij een contrastverhouding van 3:1 (dat is een erg laag contrast...) nog twee lijnen onderscheiden die 34 en 4,4 boogseconden van elkaar waren (respectievelijk voor de M- en H-frames.

Als hulp bij het reproduceren van de opnamen waren er op Aarde al "framelet" nummers aangebracht en grijsschalen:

 

Zie hiervoor ook de tekening links.
Verder was de film (bij LOR 3 t/m 5) bezaaid met een geometrisch patroon van kleine kruisjes, om later vervormingen in de reproductie te kunnen rechtzetten.
De opnamen werden tegelijkertijd door de beide lenzen gemaakt, die vast ingesteld waren op een diafragma van 5,6.
Met behulp van lichtjes werden gegevens over de belichtingstijd tussen de opnamen gedrukt (zie in de tekening rechts: photographic data).

De tekening hieronder laat zien hoe de opnamen op de film kwamen.

 

De foto's konden stuk voor stuk gemaakt worden, maar ook in series van 4, 8 of 16, waarbij ook nog de tijd tussen de verschillende opnamen ingesteld kon worden. Als er opnamen kort na elkaar gemaakt werden, overlapten de foto's elkaar.
De sluitertijden voor de telelens waren 0,04  0,02 en 0,01 sec.

Er werden afwisselend steeds langwerpige telefoto's gemaakt en vierkante foto's met lagere resolutie. Doordat de film een lus maakte achter beide camera's kwamen de sets van beide opnamen niet direct achter elkaar.  Het pijltje "fig.51" verwijst naar de tekening rechts. Het geeft de plaats aan waar de vooraf aangebrachte merktekens staan.

De tekening hierboven geeft aan hoe het fotografische systeem werkte. De velocity to height sensor werkte op de verplaatsing van de Maan door het beeld van de telelens. Zo "wist" de LOR hoe snel hij over het maanoppervlak vloog en hoe sterk er gecorrigeerd moest worden met de beweging van de glazen platen om de opname scherp te houden. Ook is te zien hoe de beelden van de beide lenzen tegelijkertijd op de film kwamen. Dat verklaart waarom de opnamen van beide lenzen niet achter elkaar op de film stonden. 
De volgende acties werden door de LOR ondernomen voordat er gefotografeerd werd:

1 Het deurtje voor de cameralenzen werden opgeklapt.
2 De LOR werd met de stuurraketjes in de juiste stand gezet
3 De velocity to height sensor werd geactiveerd en de camera's aangezet.
4 De film werd tussen de glazen platen geklemd (niet zichtbaar op de tekening hierboven)
5 Er werd begonnen met het bewegen van de film
6 De sluiters werden open gezet voor gelijktijdige belichting
7 De platen werden teruggezet in de oorspronkelijke positie
8 De film werd getransporteerd, zodat er nieuwe opnamen gemaakt konden worden.


De belichte film werd vervolgens opgespaard in een camera looper. Dit is een systeem waarbij twee rekjes met rollen uit elkaar getrokken kunnen worden zodat het meer film kan bevatten. Totaal kon er 6 m. film bewaard worden. Als de camera's geen opnames meer maken worden de rollen naar elkaar toegebracht, zodat de film verder verwerkt kan worden.

Dit gebeurt in de Bimat film processor. Een speciale film (Kodak SO-111, vergelijk het met de zwartwit polaroid film) met ontwikkelstoffen wordt tegen de gewone (gele) film aangedrukt en na een tijdje wordt het contact weer verbroken. Het ontwikkelen gebeurde bij een snelheid van 6,09 cm. per minuut.Daarna is de film ontwikkeld en gefixeerd. Het hele proces duurde 3,4 minuten. Speciale zouten haalden in die processor het vocht uit de lucht. Dat gebeurde terwijl de film over een soort droogtrommel geleid werd. Het drogen duurde 11,5 min. Bij het ontwikkelen was de temperatuur 29,5 graden en bij het drogen was die 35 graden.
Het ontwikkelen ging meestal perfect. Een enkele keer kwamen de negatief- en de ontwikkelfilm niet goed tegen elkaar aan en kreeg men foutjes zoals hier rechts te zien is. Ook zat er een enkele keer damp op het venster van de capsule.
De droge film werd daarna gescand (groene doosje) en vervolgens op een spoel gewonden.
Omdat er grenzen waren gesteld aan het aantal opnamen dat kon worden uitgelezen tijdens elke omloop, duurde deze procedure ongeveer twee weken.

Het scannen en samenstellen

De negatieven van de LOR waren van uitstekende kwaliteit. Daarom moest er een heel goed scansysteem ontwikkeld worden. Als lichtbron werd er een line-scan tube gebruikt. Een elektronenstraal viel op een draaiende trommel die met fosfor was bedekt. Door de trommel te draaien voorkwam men oververhitting van de fosfor. De elektronenstraal kon van links naar rechts bewegen. Het effect was een lichtpuntje dat telkens van links naar rechts bewoog. Dat lichtpuntje had een diameter van 6,5 micrometer (0,0065 mm!)
Via een lens werd die lichtstraal op de film geprojecteerd en een photomultiplier buis (een versterker van licht of fotonen) ving dat licht weer op, via een speciale lens. Als de film zwarte delen bevatte kwam er geen licht door de film, bij witte delen heel veel en bij allerlei grijstinten kwam er meer of minder licht door de film.
Met het hele fijne lichtstraaltje werd telkens een stukje van 2,67 mm afgetast in n richting. De terugbeweging van de lichtstraal werd onderdrukt. Dan bewoog de scanner lens een heel klein stukje en werd het volgende kleine stukje van 2,67 mm afgetast. De hele breedte van het negatief bestond uit 16.369 scans. Ofwel eens strookje van 2,67 mm breed en 57 mm lang. Dit werd een framelet genoemd. Op de tekening hieronder is te zien dat het ene framelet van boven naar onder werd gescand en het volgende weer van onder naar boven.

Als er een framelet klaar was, werd de film 2,54 mm opgeschoven om de volgende framelet met een kleine overlapping te maken. Een complete dubbele opname van 298 mm lengte vereiste 117 framelets.

Het licht dat door de film scheen werd omgezet in een videosignaal en uitgezonden naar de Aarde. Dat gebeurde digitaal, om storing te voorkomen.

De ontvangen beelden (of eigenlijk de framelets) van de LOR werden op Ampex videoband gezet. Daarna werd de tape afgespeeld via een kinescope buis. Eigenlijk gebeurde dat net zo als bij het scannen in de LOR. De kinescope buis produceerde een bewegende lichtstip en lijn voor lijn werden scanlijntjes op een strook 35 mm film gezet, die na elk lijntje bewogen werd. Zo produceerden de 16.369 lijntjes een framelet.

Daarop was het beeld 7,2 maal groter dan de film in de LOR.
Na het ontwikkelen van deze films werden ze door een filmsnijder gehaald om de overlappingen af te snijden. Ook werden de framelets van elkaar gescheiden. Deze films waren positief, dus wat op een LOR framelet zwart was, was hier wit, en omgekeerd.

Hierna werd de films op een moedernegatief film gelegd.  Een opname met de groothoeklens leverde een (moeder)negatief op van 47 bij 40 cm. Een opname met de 610 mm lens leverde een negatief op van 158 bij 40 cm.

De LOR opnamen, karakteristiek door hun lijnenpatroon (door de framelets) lieten doorgaans voorwerpen zien van 65 meter of groter. Maar vanaf de Aarde kon je geen hogere resolutie krijgen dan 500 meter.

Soms, in een elliptische baan, kon men een nog betere resolutie halen. Zo was op een van de opnamen de kleine Surveyor 1 te zien.

Het korte leven van de LORs werd beindigd door ze op de Maan te pletter laten slaan. Zo konden ze geen gevaar opleveren voor de latere Apollo vluchten en had men ook geen last van storingen van de zenders van de LORs.

 

 

 

 

Gegevens van de LOR:

LOR vluchten en hun opbrengsten:

Nr lanceerdatum inslagdatum baanhelling
in graden
aantal groothoek opnamen aantal tele-opnamen
1 10-08-1966 29-10-1966 12 206 29
2 06-11-1966 11-10-1967 17 207 616
3 05-02-1967 09-10-1967 21 164 481
4 04-05-1967 06-10-1667 85 128 447
5 01-08-1967 31-01-1968 85 211 628

De vluchten van LOR 4 en 5 waren niet speciaal voor het Apollo programma bedoeld, maar voor het in kaart brengen van de Maan. Dit was een bonus, want geen enkele LOR faalde.

Voor de liefhebbers is dit een heel bijzondere missie geweest. De opnamen zijn nog steeds fantastisch en bovendien is een groepje oud-NASA medewerkers bezig om de originele videobanden om te zetten naar de computer en daar de modernste fotobewerkings programma's op los te laten. Dat wil wel zeggen dat die missies nog steeds leven onder de mensen:

http://www.nasa.gov/topics/moonmars/features/LOIRP/

Dit is een van de bewerkte opnamen:

Klik op de foto voor een grotere versie (7 Mb)

De typische LOR lijnen zijn verdwenen en de opnamen zijn eigenlijk nog mooier dan in de zestiger jaren.
Vergelijk het maar eens met de oorspronkelijk foto:

 

Wie de atlas wil zien van de LOR opnamen zie: http://www.lpi.usra.edu/resources/lunarorbiter/

Zie ook de videopagina.

Hans Walrecht

De complete Beelden uit de Ruimte" website is te vinden op http://www.hansonline.eu/