Как было получено изображение обратной стороны Луны

Принцип работы бортовой телевизионной установки

Полученное с помощью отлично сработавшего бортового фотографического автомата изображение обратной стороны Луны должно было быть передано на огромное расстояние. Этот грандиозный эксперимент производился впервые за всю историю существования человечества.

Как известно, изображение Луны было зафиксировано на светочувствительном слое негативной фотопленки, Распределение света и тени на поверхности Луны передавалось на фотографическом изображении различной степенью потемнения (различной оптической плотностью) отдельных участков фотопленки. Чем больший поток света, отраженного поверхностью Луны, попадал на отдельные участки фотопленки, тем более темными (т. е. большими по оптической плотности) оказывались эти участки после проявления и последующей фиксации фотографического изображения. Для того чтобы передать затем различное распределение оптической плотности по кадру, необходимо было предварительно преобразовать изменения плотности отдельных участков изображения в электрические сигналы. Изображение на негативной фотопленке переводилось этим самым на язык электрических сигналов одним из способов, используемых в телевидении для передачи кинофильмов. Блок-схемы передающей и приемной части установок приведены соответственно на рис. 7 и 8.

Полученные электрические сигналы, отображающие прозрачность отдельных точек негативной фотопленки, усиливались и подводились затем к радиопередающему устройству. Здесь сигналы изображения определенным способом управляли колебаниями высокой частоты, излучаемыми антенной передатчика автоматической межпланетной станции. Принятые на Землю электрические сигналы после соответствующего усиления и преобразования были превращены снова в световые сигналы. При этом необходимо было сохранить относительное расположение светящихся точек различной интенсивности в соответствии с распределением на фотопленке элементов различных оптических плотностей. Для получения изображения удовлетворительного качества число воспроизводимых, а соответственно и передаваемых элементов, должно быть очень велико — порядка нескольких сотен тысяч.

Передача телевизионного изображения обычно начинается с левого верхнего угла кадра, и преобразование изображения в электрические сигналы происходит слева направо, одного элемента за другим по всему горизонтальному ряду элементов до правого края изображения объекта (рис. 9,а). При этом световое пятно проходит первую строку так называемой развертки. Затем такому же преобразованию подвергается второй ряд элементов: развертываются вторая строка передаваемого изображения, третья и последующие тесно примыкающие друг к другу строки. Передача изображения Луны с борта автоматической межпланетной станции в зависимости от расстояния последней до Земли про-взводилась с различными числами строк разложения. Максимальное число строк доходило до 1 000. Преобразованием в электрические сигналы световой энергии от всех элементов последнего горизонтального ряда передаваемого изображения заканчивается передача одного полного телевизионного кадра, после чего процесс преобразования может быть повторен в том же порядке.

Рис. 7. Блок-схема телевизионного передатчика с бегущим световым пятном.1— проекционная электронно-лучевая трубка; 2 — фокусирующе-отклоняющая система; 3 — объектив; 4 — кинолента; 5 — кадровое окно, 6 — подающая кассета;7 — принимающая кассета; 8 — конденсор; 9 — фотоэлектронный умножитель; 10 — генератор гасящих и синхронизирующих импульсов; 11 — генератор развертки; 12 — источник электрической энергии; 13— источник высокого напряжения трубки; 14 — источник высокого напряжения фотоэлектронного умножителя; 15— усилитель сигналов изображения; 16 — смеситель; 17 —модулируемый генератор колебаний высокой частоты; 18 — передающая антенна.

Для воспроизведения изображения необходимо, чтобы преобразование электрического сигнала на приемной стороне происходило в той же последовательности в какой осуществлялось разложение, т. е. синхронно и синфазно с ним.

Рис. 8. Блок-схема аппаратуры пункта приема сигналов изображения.1 — приемная антенна; 2 —радиоприемник; 3 — усилитель сигналов изображения; 4 — генератор синхронизирующих импульсов; 5 — генератор развертывающих колебаний; 6 — воспроизводящая электронно-лучевая трубка; 7 — фокусирующе-отклоняющая система; 8 и 9 — устройства записи электрических сигналов, 10 — источник электрической энергии; 11 — источник высокого напряжения электронно-лучевой трубки.

Разложение изображения на элементы отдельных строк может быть осуществлено и другими способами. Здесь описывалась развертка изображения бегущим световым пятном. В качестве средства развертки в ней была применена используемая в телевидении проекционная электронно-лучевая трубка. Трубка эта являлась источником световой энергии. Экран ее прочерчивался в определенной последовательности электронным пучком, создавая соответствующую перемещению пучка последовательность световых вспышек. С помощью объектива перемещающееся световое пятно с экрана трубки проецируется на фотопленку с негативным изображением обратной стороны Луны; при этом в каждый отдельный момент времени просвечивается только один элемент негатива. Пропущенный фотопленкой свет попадает затем на катод фотоэлектронного умножителя, и на выходе последнего возникает электрический сигнал. При скольжении светового пятна по поверхности пленки в соответствии с изменением плотности ее изменяется и величина светового потока, а следовательно, и сигнал изображения. Таким образом, в данном случае используется телевизионная система мгновенного действия, в которой световой поток с каждого элемента объекта используется только в течение короткого интервала времени: пока световое пятно совпадает с данным элементом изображения, на фотокатод фотоэлектронного умножителя в каждый момент воздействует световой поток только от одного элемента изображения.

Рис. 9. Образование растра на экране трубки электронным лучом, перемещающимся под воздействием горизонтального (х) и вертикального (V) отклоняющих электрических полей.

Устройство электронно-лучевой трубки с электростатическим отклонением и принцип электронной развертки поясняет рис. 10. Электронно-лучевая трубка состоит из следующих основных элементов: электронного прожектора, фокусирующей системы, отклоняющей системы и люминесцирующего экрана. Все электроды трубки заключены в стеклянный баллон, из которого выкачан воздух, с тем чтобы атомы газа не мешали движению электронного пучка. В зависимости от способа фокусировки и отклонения электронного пучка различают несколько типов электронно-лучевых трубок.

Рис. 10. Устройство электронно-лучевой трубки с электростатическим управлением.1 — нить накала; 2 — катод; 3— управляющий электрод; 4 — первый анод; 5 — электропроводящее покрытие; 6 — второй анод; 7 — пластины горизонтального отклонения; 8 — пластины вертикального отклонения; 9 — стеклянная колба трубки; 10 — слой люминесцирующего вещества (экран трубки).

Электронный прожектор трубки состоит из нескольких электродов, служащих для создания фокусировки и изменения интенсивности электронного пучка. Прожектор устанавливается соосно с горловиной колбы трубки и содержит подогревный катод, управляющий электрод и два коаксиальных цилиндра, называемых первым и вторым, анодами. Катод представляет собой никелевый цилиндр с плоским или слегка вогнутым дном. Углубление в центральной части катода заполняется стойким оксидом — хорошим источником электронов. Катод подогревается вольфрамовой нитью, покрытой изолирующим жароупорным материалом.

За катодом размещается управляющий электрод, представляющий собой полый цилиндр с отверстием, расположенным против центра катода. Управляющему электроду сообщается отрицательный (до нескольких десятков вольт) потенциал относительно катода. Изменение величины этого напряжения изменяет интенсивность тока луча и соответственно яркость свечения экрана.

Первый анод выполняется в виде полого цилиндра с плоским дном, имеющим отверстие, обращенное к катоду. Назначением этого электрода является создание вблизи катода электрического поля большой напряженности, необходимого для формирования электронного пучка. Внутри анода помещено несколько перегородок с отверстиями — диафрагм, которые задерживают электроны, траектории которых отклонены от оси.

Второй анод соединяется с внутренним проводящим покрытием баллона трубки и имеет потенциал, в 3—10 раз более высокий, чем потенциал первого анода. Потенциал второго анода определяет скорость электронов, бомбардирующих экран. Между первым и вторым анодами образуется главное фокусирующее поле, стягивающее электроны в узкий пучок.

Экран трубки состоит из тонкого слоя люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность передней стенки колбы. Быстро движущиеся электроны бомбардируют люминофор и отдают ему при этом свою энергию. Последняя частично выделяется в виде тепла, а частично возбуждает атомы кристаллического люминофора, что проявляется в виде излучения электромагнитных колебаний различных частот, включая видимую область спектра. Состав люминофора и способ его нанесения определяют цвет, яркость свечения и способность люминофора сохранять свечение после прекращения облучения электронным пучком. Время, в течение которого сохраняется свечение, называется временем послесвечения.

Электронная развертка с электростатическим отклонением осуществляется с помощью двух пар взаимноперпендикулярных металлических пластин. Между пластинами при подаче на каждую пару их напряжения создаются электрические поля, направленные перпендикулярно оси трубки. Силы взаимодействия между этими полями и движущимися по направлению к экрану электронами отклоняют электроны от оси, причем отклонение пропорционально напряженности электрического поля. Напряженность поля между пластинами меняется при изменении отклоняющих напряжений по определенному закону. Для создания прямоугольного растра, т. е. воспроизведения всех горизонтальных строк на экране трубки, к отклоняющим пластинам необходимо подавать напряжения пилообразной формы (см. рис. 9,б и в). Частота колебаний, обеспечивающих смещение электронного пучка по вертикали, должна соответствовать частоте смены кадров, а частота напряжения, подаваемого на горизонтальные пластины, должна быть во столько раз больше частоты смены кадров, на сколько строк разлагается изображение. Движение пучка слева направо под воздействием горизонтального отклоняющего поля называется прямым ходом строчной развертки. Быстрое же возвращение его в начальное положение называется обратным ходом. Аналогично медленное движение электронного пучка сверху вниз под действием поля между вертикально отклоняющей парой пластин называется прямым ходом вертикальной развертки, а быстрое его возвращение вверх — обратным ходом.