El programa Apolo utilizó varias cámaras de televisión en sus misiones espaciales a finales de los años 1960 y 1970; algunas de estas cámaras de televisión Apolo también se utilizaron en las misiones posteriores Skylab y Apollo-Soyuz Test Project . Estas cámaras variaban en diseño, y la calidad de la imagen mejoraba significativamente con cada modelo sucesivo. Dos empresas fabricaron estos diversos sistemas de cámara: RCA y Westinghouse . Originalmente, estas cámaras de televisión de barrido lento (SSTV), que funcionaban a 10 fotogramas por segundo (fps), producían solo imágenes en blanco y negro y volaron por primera vez en la misión Apolo 7 en octubre de 1968. Una cámara a color, que utilizaba un sistema de color secuencial de campo , voló en la misión Apolo 10 en mayo de 1969, y en todas las misiones posteriores. La cámara a color funcionaba a la velocidad estándar norteamericana de 30 fps. Todas las cámaras usaban tubos de captación de imágenes que inicialmente eran frágiles, ya que uno se dañó irreparablemente durante la transmisión en vivo del primer paseo lunar de la misión Apolo 12 . A partir de la misión Apolo 15 , se utilizó una cámara más robusta y resistente a los daños en la superficie lunar. Todas estas cámaras requerían procesamiento de señales en la Tierra para que la velocidad de cuadros y la codificación de color fueran compatibles con los estándares de transmisión de televisión analógica.
A partir del Apolo 7, se llevó una cámara en cada módulo de mando (CM) del Apolo, excepto en el Apolo 9. Para cada misión de aterrizaje lunar, también se colocó una cámara dentro del conjunto de almacenamiento de equipos modularizado (MESA) de la etapa de descenso del módulo lunar (LM) del Apolo. La colocación de la cámara en el MESA permitió transmitir por televisión los primeros pasos de los astronautas mientras descendían por la escalera del LM al comienzo de la primera caminata lunar/EVA de una misión . Después, la cámara se separaría de su soporte en el MESA, se montaría en un trípode y se llevaría fuera del LM para mostrar el progreso de la EVA; o se montaría en un vehículo lunar itinerante (LRV), donde podría controlarse de forma remota desde el control de misión en la Tierra.
La NASA decidió las especificaciones iniciales para la televisión en el módulo de comando (CM) Apollo en 1962. [2] [Nota 1] Se estudiaron técnicas de transmisión tanto analógicas como digitales, pero los primeros sistemas digitales todavía usaban más ancho de banda que un enfoque analógico: 20 MHz para el sistema digital, en comparación con 500 kHz para el sistema analógico. [2] El estándar de video para el CM Bloque I significó que el estándar de video analógico para las primeras misiones Apollo se estableció de la siguiente manera: señal monocromática , con 320 líneas de escaneo activas y escaneado progresivo a 10 cuadros por segundo (fps). RCA recibió el contrato para fabricar dicha cámara. [2] Se entendió en ese momento que la fidelidad de movimiento de un sistema de televisión de escaneo lento (SSTV) sería menor que los sistemas de televisión comercial estándar, pero se consideró suficiente considerando que los astronautas no se moverían rápidamente en órbita, o incluso en la superficie lunar. [5]
Como la velocidad de barrido de la cámara era mucho menor que los aproximadamente 30 fps del video NTSC , [Nota 2] el estándar de televisión utilizado en Norteamérica en ese momento, se necesitaba una conversión de barrido en tiempo real para poder mostrar sus imágenes en un televisor normal. La NASA seleccionó un conversor de barrido fabricado por RCA para convertir las señales SSTV en blanco y negro de las misiones Apollo 7, 8, 9 y 11. [6]
Cuando la cámara de televisión Apollo transmitía sus imágenes, las estaciones terrestres recibían la señal SSTV sin procesar y la dividían en dos ramas. Una rama de la señal se enviaba sin procesar a una grabadora de datos analógicos de catorce pistas , donde se grababa en carretes de catorce pulgadas de diámetro de cintas magnéticas de datos analógicos de una pulgada de ancho a 3,04 metros por segundo. [7] La otra rama de la señal SSTV sin procesar se enviaba al convertidor de barrido RCA, donde se procesaba para obtener una señal de transmisión de televisión NTSC. [7]
El proceso de conversión comenzó cuando la señal se envió al monitor de video de alta calidad de 10 pulgadas del convertidor RCA, donde una cámara de televisión RCA TK-22 convencional, que usaba el estándar de transmisión NTSC de 525 líneas escaneadas entrelazadas a 30 fps, simplemente refotografiaba su pantalla. El monitor tenía fósforos persistentes, que actuaban como un búfer de cuadros primitivo . [8] Se utilizó una grabadora de disco analógica, basada en el modelo Ampex HS-100 , para grabar el primer campo de la cámara. [8] Luego alimentó ese campo, y una copia del primer campo con el tiempo retardado apropiado, al conmutador de entrelazado de campos NTSC (codificador). Los campos originales y copiados combinados crearon el primer cuadro entrelazado completo de 525 líneas y luego la señal se envió a Houston. [8] Repitió esta secuencia cinco veces más, hasta que el sistema generó la imagen del siguiente cuadro SSTV. [8] Luego repitió todo el proceso con cada nuevo cuadro descargado desde el espacio en tiempo real. [9] De esta manera, la cadena producía los 20 cuadros por segundo adicionales necesarios para producir imágenes sin parpadeos para las emisoras de televisión de todo el mundo. [6]
Esta conversión en vivo era rudimentaria en comparación con las técnicas de conversión digital electrónica de principios del siglo XXI. La degradación de la imagen era inevitable con este sistema, ya que las limitaciones ópticas del monitor y la cámara reducían significativamente el contraste , el brillo y la resolución de la señal SSTV original . El video visto en los televisores domésticos se degradaba aún más por la ruta de transmisión analógica muy larga y ruidosa. [10] La señal convertida se enviaba por satélite desde las estaciones terrestres receptoras a Houston, Texas. Luego, la señal de la red se enviaba por relé de microondas a Nueva York, donde se transmitía en vivo a los Estados Unidos y al mundo. [11]
El Apolo 7 y el Apolo 8 utilizaron una cámara RCA de escaneo lento en blanco y negro. [12] En el Apolo 7, la cámara podía estar equipada con un lente gran angular de 160 grados o un lente telefoto con un ángulo de visión de 9 grados. [13] La cámara no tenía visor ni monitor, por lo que los astronautas necesitaban ayuda del Control de Misión para apuntar la cámara en modo telefoto. [Nota 3]
La cámara utilizaba lentes intercambiables, incluyendo una lente gran angular con un campo de visión de 160 grados y un teleobjetivo de 100 mm. [16]
Cámara [Nota 4]
En octubre de 1964, la NASA adjudicó a Westinghouse el contrato para la cámara de televisión lunar. [19] Stan Lebar , el director del programa de la cámara de televisión lunar Apollo, dirigió el equipo de Westinghouse que desarrolló la cámara que trajo imágenes de la superficie de la Luna.
La cámara tuvo que ser diseñada para sobrevivir a diferencias extremas de temperatura en la superficie lunar, que iban desde 121 °C (250 °F) a la luz del día hasta -157 °C (-251 °F) a la sombra. [10] Otro requisito era poder mantener la potencia en aproximadamente 7 vatios y ajustar la señal al ancho de banda estrecho de la antena de banda S del LM , que era mucho más pequeña y menos potente que la antena del módulo de servicio. [20] [Nota 5]
La cámara fue probada por primera vez en el espacio durante la misión Apolo 9 en marzo de 1969. [21] La cámara fue guardada en el LM, y utilizó los sistemas de comunicaciones del LM para evaluar su rendimiento antes de que comenzaran las operaciones lunares. [22] Esto significó que el CM no llevó una cámara de video para esta misión. [23] Luego se usó en el Apolo 11, llevada en la etapa de descenso del LM, en el Conjunto de Estiba de Equipo Modularizado (MESA) quad 4. Fue desde el MESA donde capturó el primer paso de la humanidad en otro cuerpo celeste el 21 de julio de 1969. [21] El Apolo 11 sería la primera y última vez que se usó la cámara en la superficie lunar; sin embargo, voló como cámara de respaldo en las misiones Apolo desde el Apolo 13 al Apolo 16 , en caso de que las cámaras a color sufrieran un destino similar al de la cámara del Apolo 12. [1]
Las dimensiones de la cámara eran 269 mm × 165 mm × 86 mm (10,6 pulgadas × 6,5 pulgadas × 3,4 pulgadas) y pesaba 3,29 kilogramos (7,3 libras). Consumía 6,50 vatios de energía. Su montura de bayoneta permitía cambios rápidos de las dos lentes intercambiables utilizadas en el Apolo 11: una gran angular y una lente lunar diurna. [24] [Nota 6]
Cámara
Lentes [Nota 7]
Las cámaras de televisión en color para estudios de transmisión de la década de 1960, como la RCA TK-41 , eran grandes, pesadas y consumían mucha energía. Utilizaban tres tubos de imágenes para generar señales de video rojo, verde y azul (RGB) que se combinaban para producir una imagen en color compuesta . Estas cámaras requerían una óptica compleja para mantener los tubos alineados. Dado que las variaciones de temperatura y la vibración fácilmente desalineaban un sistema de tres tubos, se necesitaba un sistema más robusto para las operaciones en la superficie lunar. [34]
En la década de 1940, CBS Laboratories inventó un sistema de color temprano que utilizaba una rueda, que contenía seis filtros de color, rotada frente a un solo tubo de cámara de video para generar la señal RGB. [35] Llamado sistema de color de campo secuencial , utilizaba video entrelazado , con campos de video de color alternados secuencialmente para producir un cuadro de video completo. Eso significaba que el primer campo sería rojo, el segundo azul y el tercer campo verde, coincidiendo con los filtros de color en la rueda. [35] Este sistema era más simple y más confiable que una cámara de color estándar de tres tubos, y más eficiente energéticamente. [34]
Lebar y su equipo de Westinghouse querían añadir color a su cámara ya en 1967, y sabían que el sistema CBS probablemente sería el mejor sistema para estudiar. [36] La cámara lunar en color de Westinghouse utilizó una versión modificada del sistema de color secuencial de campo de CBS. [35] Una rueda de color, con seis segmentos de filtro, se colocó detrás de la montura del objetivo. Giraba a 9,99 revoluciones por segundo, produciendo una velocidad de barrido de 59,94 campos por segundo, la misma que el vídeo NTSC. La sincronización entre la rueda de color y la velocidad de barrido del tubo captador se proporcionaba mediante un imán en la rueda, que controlaba el generador de pulsos de sincronización que regía la sincronización del tubo.
La cámara a color utilizaba el mismo tubo de imagen de vídeo SEC que la cámara lunar monocromática que voló en el Apolo 9. La cámara era más grande, midiendo 430 milímetros (17 pulgadas) de largo, incluyendo el nuevo objetivo zoom. El objetivo zoom tenía una longitud focal variable de 25 mm a 150 mm, es decir, una relación de zoom de 6:1. En su ángulo más amplio, tenía un campo de visión de 43 grados, mientras que en su modo de telefoto extremo, tenía un campo de visión de 7 grados. La apertura variaba de F4 a F44, con una clasificación de transmitancia de luz T5. [27]
Se necesitaba procesar la señal en las estaciones receptoras terrestres para compensar el efecto Doppler , causado por el alejamiento o acercamiento de la nave espacial a la Tierra. El efecto Doppler distorsionaba el color, por lo que se desarrolló un sistema que empleaba dos grabadoras de cinta de vídeo (VTR), con un retardo de bucle de cinta para compensar el efecto. [35] La señal limpiada se transmitió luego a Houston en blanco y negro compatible con NTSC . [Nota 8]
A diferencia del sistema CBS, que requería un receptor mecánico especial en un televisor para decodificar el color, la señal se decodificaba en el Centro de Control de Misiones de Houston. Este procesamiento de video se producía en tiempo real. El decodificador grababa por separado cada campo rojo, azul y verde en una grabadora de disco magnético analógica. Actuando como un búfer de cuadros, enviaba luego la información de color coordinada a un codificador para producir una señal de video en color NTSC y luego la enviaba al grupo de transmisión. [34] Una vez decodificado el color, no era necesaria la conversión de escaneo, porque la cámara en color funcionaba a la misma velocidad de entrelazado de video de 60 campos por segundo que el estándar NTSC. [36]
Se utilizó por primera vez en la misión Apolo 10. La cámara utilizaba el canal de banda S adicional del módulo de mando y la gran antena de banda S para adaptarse al mayor ancho de banda de la cámara. Solo se utilizó en el módulo lunar cuando estaba acoplado al módulo de mando. A diferencia de las cámaras anteriores, contenía un monitor de vídeo portátil que podía conectarse directamente a la cámara o flotar por separado. Combinado con el nuevo objetivo zoom, permitió a los astronautas tener una mayor precisión en el encuadre. [35]
El Apolo 12 fue la primera misión en utilizar la cámara a color en la superficie lunar. A los 42 minutos de haber comenzado la transmisión de la primera EVA, el astronauta Alan Bean apuntó inadvertidamente la cámara al Sol mientras se preparaba para montarla en el trípode. El brillo extremo del Sol quemó el tubo captador de vídeo, dejando la cámara inservible. Cuando la cámara regresó a la Tierra, se envió a Westinghouse, y pudieron obtener una imagen en la sección del tubo que no estaba dañada. [38] Se reescribieron los procedimientos para evitar tales daños en el futuro, incluida la adición de una tapa de lente para proteger el tubo cuando la cámara se reposicionó fuera de la MESA.
La cámara a color cubrió con éxito las operaciones lunares durante la misión Apolo 14 en 1971. Los problemas de calidad de imagen aparecieron debido a que el control automático de ganancia (AGC) de la cámara tenía problemas para obtener la exposición adecuada cuando los astronautas estaban en situaciones de luz de alto contraste, y provocó que los trajes espaciales blancos estuvieran sobreexpuestos o " florecieran ". La cámara no tenía un circuito de corrección de gamma . Esto provocó que los tonos medios de la imagen perdieran detalle. [39]
Después del Apolo 14, solo se utilizó en el módulo de mando, ya que la nueva cámara construida por RCA la reemplazó para las operaciones en la superficie lunar. La cámara a color Westinghouse siguió utilizándose durante la década de 1970 en las tres misiones Skylab y en el proyecto de pruebas Apolo-Soyuz .
Los premios Emmy de 1969-1970 por logros sobresalientes en desarrollo técnico y de ingeniería fueron otorgados a la NASA por los aspectos conceptuales de la cámara de televisión en color Apollo y a Westinghouse Electric Corporation por el desarrollo de la cámara. [40]
Cámara
Lente
Debido a la falla de la cámara del Apolo 12, se adjudicó un nuevo contrato a la instalación RCA Astro Electronics en East Windsor, Nueva Jersey . El equipo de diseño estuvo encabezado por Robert G. Horner. El sistema RCA utilizó un nuevo tubo de cámara de televisión más sensible y duradero, el recientemente desarrollado tubo de captación de objetivo intensificador de silicio (SIT). La calidad de imagen mejorada fue evidente para el público con el mejor detalle tonal de la cámara RCA en el rango medio y la falta de la distorsión que era evidente en las misiones anteriores.
El sistema estaba compuesto por la cámara de televisión en color (CTV) y la unidad de control de televisión (TCU). Estas se conectaban a la unidad de retransmisión de comunicaciones lunares (LCRU) cuando se montaban en el vehículo lunar (LRV). Al igual que la cámara en color Westinghouse, utilizaba el sistema de color secuencial de campo y utilizaba las mismas técnicas de procesamiento de señales y de decodificación de color de la estación terrestre para producir una señal de vídeo en color NTSC de difusión.
En el Apolo 15, la cámara produjo imágenes en vivo desde la MESA del módulo lunar, al igual que en las misiones anteriores. Se reposicionó desde la MESA sobre un trípode, donde fotografió el vehículo lunar Rover (LRV) mientras se desplegaba. Una vez que el LRV estuvo completamente desplegado, la cámara se montó allí y se controló mediante comandos desde tierra para inclinarla, hacer un movimiento horizontal y hacer zoom. Esta fue la última misión en la que se pudo obtener un video en vivo de los primeros pasos de la misión a través de la MESA, ya que en los vuelos siguientes se guardó con el LRV.
Cámaras utilizadas, CM = módulo de mando, LM = módulo lunar
publicado originalmente por NASA HQ como NASA Technical Note TN-A7476.
Publicado originalmente en ELECTRONICS , publicado por McGraw Hill (1967).
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