برنامج المركبة المدارية القمرية

الموسوعة الحرة

مركبة مدار القمر

كان برنامج Lunar Orbiter عبارة عن سلسلة من خمس مهمات مدارية غير مأهولة تدور حول القمر أطلقتها الولايات المتحدة في عامي 1966 و1967. وكان الهدف منها المساعدة في اختيار مواقع هبوط أبولو من خلال رسم خرائط سطح القمر، [ 1 ] وقد وفرت هذه المهمات أولى الصور من مدار القمر وصورت كلاً من القمر والأرض.

تكللت جميع المهمات الخمس بالنجاح، وتم رسم خريطة لـ 99% من سطح القمر باستخدام صور فوتوغرافية بدقة 60 مترًا (200 قدم) أو أفضل. خُصصت المهمات الثلاث الأولى لتصوير 20 موقعًا محتملاً للهبوط المأهول على سطح القمر، تم اختيارها بناءً على رصد من الأرض. وقد حلقت هذه المركبات في مدارات منخفضة الميل. أما المهمتان الرابعة والخامسة، فقد خُصصتا لأهداف علمية أوسع، وحلقتا في مدارات قطبية عالية الارتفاع. صوّر المسبار القمري المداري 4 الجانب القريب بالكامل و9% من الجانب البعيد، بينما أكمل المسبار القمري المداري 5 تغطية الجانب البعيد، والتقط صورًا بدقة متوسطة ( 20 مترًا أو 66 قدمًا ) وعالية ( مترين أو 6 أقدام و7 بوصات ) لـ 36 منطقة مختارة مسبقًا. أُطلقت جميع مركبات المسبار القمري المداري بواسطة صواريخ الإطلاق أطلس-أجينا -دي.      

كانت المركبات المدارية القمرية مزودة بنظام تصوير يتألف من كاميرا ثنائية العدسة ، ووحدة معالجة أفلام، وماسح ضوئي، وجهاز لمعالجة الأفلام. وضعت كلتا العدستين، عدسة ضيقة الزاوية عالية الدقة (HR) بقياس 610 مم (24 بوصة) وعدسة واسعة الزاوية متوسطة الدقة (MR) بقياس 80 مم (3.1 بوصة) ، لقطاتهما على لفة واحدة من فيلم 70 مم . كانت محاور الكاميرتين متطابقة، لذا كانت المنطقة المصورة في إطارات HR متمركزة داخل مناطق إطارات MR. ​​تم تحريك الفيلم أثناء التعريض لتعويض سرعة المركبة الفضائية ، والتي تم تقديرها بواسطة مستشعر كهروضوئي. بعد ذلك، تمت معالجة الفيلم ومسحه ضوئيًا، ثم إرسال الصور إلى الأرض.    

خلال مهمات المركبة المدارية القمرية، تم التقاط أولى الصور للأرض ككل، بدءًا من شروق الأرض فوق سطح القمر بواسطة المركبة المدارية القمرية 1 في أغسطس 1966. والتقطت أول صورة كاملة للأرض بأكملها بواسطة المركبة المدارية القمرية 5 في 8 أغسطس 1967. [ 2 ] والتقطت صورة ثانية للأرض بأكملها بواسطة المركبة المدارية القمرية 5 في 10 نوفمبر 1967.

المركبة الفضائية والأنظمة الفرعية

مخطط المركبة المدارية القمرية (ناسا)

أعلنت وكالة ناسا عن مقترح بوينغ-إيستمان كوداك في 20 ديسمبر 1963. كان الهيكل الرئيسي لمركبة القمر المدارية على شكل مخروط ناقص، بارتفاع 1.65 متر (5 أقدام و5 بوصات) وقطر 1.5 متر (4 أقدام و11 بوصة) عند القاعدة. تألفت المركبة الفضائية من ثلاثة طوابق مدعومة بهياكل داعمة وقوس. احتوى طابق المعدات في قاعدة المركبة على البطارية، وجهاز الإرسال والاستقبال ، ومبرمج الرحلة، ووحدة المرجع بالقصور الذاتي (IRU)، وجهاز تتبع النجوم كانوبوس ، وجهاز فك تشفير الأوامر، وجهاز التشفير المتعدد، ومضخم أنبوب الموجة المتنقلة (TWTA)، ونظام التصوير. تم تركيب أربعة ألواح شمسية تمتد من هذا الطابق بمدى إجمالي يبلغ 3.72 متر (12.2 قدم) . امتد من قاعدة المركبة الفضائية هوائي عالي الكسب مثبت على ذراع بطول 1.32 متر (4 أقدام و4 بوصات) ، وهوائي منخفض الكسب مثبت على ذراع بطول 2.08 متر (6 أقدام و10 بوصات) . فوق سطح المعدات، احتوى السطح الأوسط على محرك التحكم في السرعة، وخزانات الوقود، والمؤكسد، والضغط، ومستشعرات الشمس، وكواشف النيازك الدقيقة. أما السطح الثالث، فكان يتألف من درع حراري لحماية المركبة الفضائية من احتراق محرك التحكم في السرعة، حيث برزت فوهة المحرك من مركز الدرع. وتم تركيب أربعة محركات دفع للتحكم في الوضع على محيط السطح العلوي .              

تم توفير طاقة قدرها 375 واط بواسطة أربع مصفوفات شمسية تحتوي على 10856 خلية شمسية من نوع n/p، والتي كانت تُشغّل المركبة الفضائية مباشرةً وتشحن بطارية النيكل والكادميوم بسعة 12 أمبير/ساعة . استُخدمت البطاريات خلال فترات الاحتجاب القصيرة عندما لم تكن الطاقة الشمسية متوفرة. أما الدفع للمناورات الرئيسية فكان يتم بواسطة محرك التحكم في السرعة ذي المحورين، وهو محرك صاروخي من شركة ماركوارت يعمل بالوقود الأحفوري بقوة دفع 440 نيوتن (100 رطل) . وتم توفير تثبيت ثلاثي المحاور والتحكم في الوضع بواسطة أربعة نفاثات من غاز النيتروجين بقوة دفع 4 نيوتن (1 رطل) . وتم توفير المعلومات الملاحية بواسطة خمسة مستشعرات شمسية ، ومستشعر كانوبوس النجمي، ونظام الملاحة بالقصور الذاتي. أما الاتصالات فكانت تتم عبر جهاز إرسال بقدرة 10 واط وهوائي عالي الكسب موجه بقطر متر واحد لنقل الصور، وجهاز إرسال بقدرة 0.5 واط وهوائي منخفض الكسب متعدد الاتجاهات للاتصالات الأخرى. كان كلا جهازي الإرسال يعملان في النطاق S عند حوالي 2295 ميجاهرتز. وتم الحفاظ على التحكم الحراري بواسطة غطاء حراري متعدد الطبقات من مادة المايلر المطلية بالألومنيوم والداكرون والذي غطى الناقل الرئيسي، بالإضافة إلى طلاء خاص وعزل وسخانات صغيرة.     

في البداية، عرضت القوات الجوية على وكالة ناسا عدة كاميرات احتياطية من برنامج KH-7 GAMBIT ، لكن السلطات أبدت لاحقًا مخاوفها بشأن أمن هذه الكاميرات السرية، بما في ذلك احتمال تسريب صور القمر التي تكشف عن دقتها. وقُدّمت بعض المقترحات بأن لا تنشر ناسا بيانات مدارات مركبات استكشاف القمر المدارية حتى لا يُحسب دقة الصور بناءً على ارتفاعها. وفي النهاية، أثبتت أنظمة الكاميرات الحالية التابعة لناسا، رغم انخفاض دقتها، أنها كافية لاحتياجات المهمة.

النظام الفرعي للتصوير الفوتوغرافي

نظام التصوير الفرعي لمركبة مدار القمر، منزل جورج إيستمان، روتشستر، نيويورك 02
يُعرض نظام التصوير الفوتوغرافي الاحتياطي لمركبة مدارية قمرية في متحف جورج إيستمان في روتشستر، نيويورك.

ابتكرت شركة كوداك وصنعت ثمانية أنظمة فرعية للتصوير الفوتوغرافي لبرنامج المركبة المدارية القمرية، استُخدم خمسة منها في مهمات فضائية عامي 1966 و1967. [ 3 ] استخدمت الكاميرا عدستين لالتقاط صورة بزاوية واسعة وأخرى عالية الدقة في آنٍ واحد على الفيلم نفسه. استخدم وضع الزاوية الواسعة متوسطة الدقة عدسة زينوتار  80 مم بفتحة عدسة f/2.8 من إنتاج شركة شنايدر كرويتسناخ الألمانية الغربية. أما وضع الدقة العالية فاستخدم عدسة بانورامية 610 مم بفتحة عدسة f/5.6 من إنتاج شركة باسيفيك أوبتيكال. [ 4 ] التقطت الكاميرات الصور السلبية على فيلم كوداك بيمات 65 مم ، والذي تم تحميضه لاحقًا على متن المركبة باستخدام عملية شبه جافة. [ 5 ] [ 3 ] ثم قام مضاعف ضوئي في النظام الفرعي بمسح الصور ضوئيًا لإرسالها إلى الأرض كفيديو تناظري . [ 3 ] [ 5 ] قامت محطات الاستقبال على الأرض بنقل صور الفيديو إلى فيلم، ثم شُحن الفيلم إلى شركة كوداك في روتشستر للمعالجة النهائية والطباعة. [ 3 ] تم تكييف هذا النظام، بإذن من مكتب الاستطلاع الوطني (NRO)، من كاميرا الاستطلاع SAMOS E-1، التي صنعتها شركة كوداك لمشروع تصوير الأقمار الصناعية شبه الفوري التابع لسلاح الجو الأمريكي، والذي لم يدم طويلاً. [ 5 ] 

نسخة احتياطية محتملة

كخطة احتياطية لبرنامج المركبة المدارية القمرية، تعاونت وكالة ناسا ومكتب الاستطلاع الوطني (NRO) في نظام رسم الخرائط والمسح القمري (LM&SS)، الذي اعتمد على قمر الاستطلاع KH-7 . وكان من المقرر أن يحل هذا النظام محل وحدة الهبوط القمرية في صاروخ ساتورن 5 ، وأن يقوم رواد فضاء أبولو بتشغيله عن بُعد في مدار القمر. ألغت ناسا المشروع في صيف عام 1967 بعد النجاح الباهر لبرنامج المركبات المدارية القمرية. [ 6 ]

نتائج

تألف برنامج المركبة المدارية القمرية من خمس مركبات فضائية التقطت صورًا لـ 99% من سطح القمر ( الجانب القريب والبعيد ) بدقة تصل إلى متر واحد (3 أقدام و3 بوصات) . وقد أرسلت المركبات المدارية مجتمعةً 2180 صورة عالية الدقة و882 صورة متوسطة الدقة. وسجلت تجارب النيازك الدقيقة 22 اصطدامًا، مما أظهر أن متوسط ​​تدفق النيازك الدقيقة بالقرب من القمر كان أكبر بنحو مئتي ضعف من تدفقها في الفضاء بين الكواكب، ولكنه أقل بقليل من تدفقها في بيئة الأرض القريبة. وأكدت تجارب الإشعاع أن تصميم معدات أبولو سيحمي رواد الفضاء من التعرض المتوسط، والتعرض الذي يزيد عن المتوسط، قصير المدى لأحداث الجسيمات الشمسية.  

كان استخدام المركبات المدارية القمرية لتتبع محطات تتبع شبكة رحلات الفضاء المأهولة وبرنامج تحديد مدار أبولو ناجحًا، حيث تم تتبع ثلاث من هذه المركبات (2 و3 و5) في وقت واحد من أغسطس إلى أكتوبر 1967. وفي نهاية المطاف، صدرت الأوامر لجميع المركبات المدارية القمرية بالتحطم على سطح القمر قبل نفاد وقود نظام التحكم في وضعها، وذلك لتجنب أي مخاطر ملاحية أو اتصالاتية على رحلات أبولو اللاحقة. أدار مركز لانغلي للأبحاث التابع لناسا برنامج المركبات المدارية القمرية بتكلفة إجمالية بلغت حوالي 200 مليون دولار.

سمح تتبع دوبلر للمركبات المدارية الخمس برسم خريطة للمجال الجاذبي للقمر واكتشاف تجمعات الكتلة (mascons)، أو مناطق الجاذبية العالية، والتي كانت تقع في مراكز بعض (وليس كل) سهول القمر. [ 7 ]

كاميرا المركبة المدارية القمرية (ناسا)

فيما يلي معلومات سجل الرحلة لمهام التصوير الخمس لمركبة لونار أوربيتر: [ 8 ]

  • المركبة المدارية القمرية 1
    • تم إطلاقه في 10 أغسطس 1966
    • صورة القمر: من 18 إلى 29 أغسطس 1966
    • الاصطدام بالقمر: 29 أكتوبر 1966
    • مهمة مسح موقع هبوط أبولو
  • المركبة المدارية القمرية 2
    • تم إطلاقه في 6 نوفمبر 1966
    • صورة القمر: من 18 إلى 25 نوفمبر 1966
    • الاصطدام بالقمر: 11 أكتوبر 1967
    • مهمة مسح موقع هبوط أبولو
  • المركبة المدارية القمرية 3
    • تم إطلاقه في 5 فبراير 1967
    • صورة القمر: من 15 إلى 23 فبراير 1967
    • الاصطدام بالقمر: 9 أكتوبر 1967
    • مهمة مسح موقع هبوط أبولو
  • المركبة المدارية القمرية 4
    • تم إطلاقه في 4 مايو 1967
    • صورة القمر: من 11 إلى 26 مايو 1967
    • الاصطدام بالقمر: حوالي 31 أكتوبر 1967
    • مهمة رسم خرائط القمر
  • المركبة المدارية القمرية 5
    • تم إطلاقه في 1 أغسطس 1967
    • صورة القمر: من 6 إلى 18 أغسطس 1967
    • الاصطدام بالقمر: 31 يناير 1968
    • مهمة رسم خرائط القمر والمسح عالي الدقة

توافر البيانات

تم إرسال الصور المدارية لمركبة لونار أوربيتر إلى الأرض كبيانات تناظرية بعد مسح الفيلم الأصلي على متن المركبة إلى سلسلة من الشرائح. وتم تدوين البيانات على شريط مغناطيسي وعلى فيلم. استُخدمت بيانات الفيلم لإنشاء فسيفساء يدوية الصنع من صور لونار أوربيتر. نتج عن كل تعريض ضوئي للمركبة صورتان: صور متوسطة الدقة تم تسجيلها بواسطة عدسة ببعد بؤري 80 مم، وصور عالية الدقة تم تسجيلها بواسطة عدسة ببعد بؤري 610 مم. ونظرًا لكبر حجمها، قُسّمت الصور عالية الدقة إلى ثلاثة أقسام، أو صور فرعية. طُبعت الصور الفسيفسائية بأحجام كبيرة (410 × 510 مم) ووُزّعت نسخ منها في جميع أنحاء الولايات المتحدة على مكتبات الصور والبيانات التابعة لناسا والمعروفة باسم مرافق المعلومات الكوكبية الإقليمية . كانت المناظر الناتجة رائعة، ذات دقة مكانية عالية جدًا، وغطت جزءًا كبيرًا من سطح القمر، لكنها عانت من خطوط تشبه خطوط الستائر، وبيانات مفقودة أو مكررة، وتأثيرات تشبع متكررة أعاقت استخدامها. لطالما شكلت هذه الصور أساسًا للكثير من الأبحاث العلمية القمرية. ونظرًا لالتقاطها بزوايا شمسية منخفضة إلى متوسطة، تُعدّ الصور الفسيفسائية التي التقطها مسبار القمر المداري مفيدة بشكل خاص لدراسة شكل التضاريس القمرية.   

نُشرت العديد من الأطالس والكتب التي تضم صورًا التقطها مسبار لونار أوربيتر. ولعلّ أبرزها وأكثرها شمولًا أطلس بوكر وهيوز (1971)، الذي احتوى على 675 لوحة فوتوغرافية تغطي القمر تقريبًا على مستوى العالم. ونظرًا للاهتمام الكبير بهذه البيانات، ولأنّ هذا الأطلس نفد من الأسواق، فقد أُسندت مهمة مسح النسخ المطبوعة كبيرة الحجم لبيانات لونار أوربيتر إلى معهد القمر والكواكب . [ 9 ] وقد أُتيحت هذه النسخ على الإنترنت تحت اسم " أطلس لونار أوربيتر الرقمي لصور القمر" . [ 10 ]

استعادة البيانات ورقمنتها

تفاصيل الصورة الأصلية في الأعلى، مقارنة بنسخة معاد معالجتها في الأسفل تم إنشاؤها بواسطة LOIRP .

في عام 2000، موّلت وكالة ناسا برنامج أبحاث الجيولوجيا الفلكية التابع لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية في فلاغستاف، أريزونا (كجزء من مشروع رقمنة المركبة المدارية القمرية، المؤرشف بتاريخ 23 نوفمبر 2017 على موقع Wayback Machine ) لمسح شرائح الأفلام الإيجابية الأرشيفية للمركبة المدارية القمرية بدقة 25 ميكرومتر، والتي تم إنتاجها من البيانات الأصلية. [ 11 ] كان الهدف هو إنتاج فسيفساء عالمية للقمر باستخدام أفضل إطارات المركبة المدارية القمرية المتاحة (تغطية مماثلة إلى حد كبير لتغطية بوكر وهيوز، 1971). تم إنشاء الإطارات من شرائح الأفلام الممسوحة ضوئيًا؛ وتم إنشاؤها رقميًا، والتحكم فيها هندسيًا، وإسقاطها على الخريطة دون ظهور الخطوط التي كانت ملحوظة في الإطارات الفوتوغرافية الأصلية. نظرًا لتركيز هذا المشروع على إنشاء فسيفساء عالمية، فقد مسح حوالي 15% فقط من الإطارات الفوتوغرافية المتاحة للمركبة المدارية القمرية. تم تضمين بيانات من مهمات المركبة المدارية القمرية الثالثة والرابعة والخامسة في الفسيفساء العالمية. [ 12 ]

بالإضافة إلى ذلك، أنشأ مشروع رقمنة هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية صورًا من صور عالية الدقة التقطها مسبار القمر المداري لعدة "مواقع ذات أهمية علمية". وقد حُددت هذه المواقع في ستينيات القرن الماضي عندما كان يجري اختيار مواقع هبوط أبولو. وقد نُشرت صور لمواقع مثل موقع هبوط أبولو 12 ، وتلال ماريوس ، وأخدود سولبيسيوس غالوس. [ 13 ]

في عام 2007، بدأ مشروع استعادة صور المركبة المدارية القمرية (LOIRP) عملية تحويل صور المركبة المدارية القمرية مباشرةً من تسجيلات الفيديو التناظرية الأصلية لبيانات المركبة الفضائية (Ampex FR-900) إلى صيغة صور رقمية، وهو تغيير وفّر دقةً محسّنةً بشكلٍ كبيرٍ مقارنةً بالصور الأصلية التي نُشرت في ستينيات القرن الماضي. نُشرت أولى هذه الصور المُستعادة في أواخر عام 2008. [ 14 ] وبحلول فبراير 2014، تم استعادة جميع صور المركبة المدارية القمرية تقريبًا بنجاح.وكانت تخضع للمعالجة الرقمية قبل إرسالها إلى نظام بيانات الكواكب التابع لناسا . [ 15 ]

أول صورة للأرض التقطت من القمر. على اليسار الصورة الأصلية، وعلى اليمين نسخة مُرممة رقميًا أنشأها مشروع LOIRP .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بوكر، ديفيد إي. وج. كينريك هيوز، أطلس صور القمر بواسطة مركبة مدار القمر، ناسا SP-206 (1971).
  2. ↑ "الأرض بأكملها" . المركبة المدارية القمرية الخامسة . ناسا. 8 أغسطس 1967. ص  352. تاريخ الاسترجاع: 24 ديسمبر 2008. يظهر بوضوح على الجانب الأيسر من الكرة الأرضية النصف الشرقي من أفريقيا وشبه الجزيرة العربية بأكملها .
  3. ١ ٢ ٣ ٤ متحف جورج إيستمان (٢٩ نوفمبر ٢٠٠٧). كاميرا المركبة المدارية القمرية في منزل جورج إيستمان . تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٢ أكتوبر ٢٠٢٤ - عبر يوتيوب.
  4. ↑ بايرز، بروس ك. (أبريل 1977). "الوجهة: القمر: تاريخ برنامج المركبة المدارية القمرية" . ناسا. مؤرشف من الأصل في 11 أبريل 2020. تم الاطلاع عليه في 18 ديسمبر 2010 .
  5. 1 2 3 هول، آر. كارجيل (أكتوبر 2001). "ساموس إلى القمر: النقل السري لتكنولوجيا الاستطلاع بين الوكالات الحكومية" (ملف PDF) . المكتب الوطني للاستطلاع . تم الاطلاع عليه في 13 نوفمبر 2022 .
  6. ↑ داي، دواين أ. (29 نوفمبر 2010). "أبولو الأسود" . www.thespacereview.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 مايو 2023 .
  7. ↑ PM Muller, WL Sjogren (1968). "Mascons: تركيزات الكتلة القمرية". مجلة ساينس . 161 (3842): 680–684 . Bibcode : 1968Sci...161..680M . doi : 10.1126/science.161.3842.680 . PMID 17801458. S2CID 40110502 .  
  8. ↑ هانسن، تي بي (1970). دليل صور المركبة المدارية القمرية. واشنطن العاصمة: ناسا.
  9. ↑ جيفري ج. جيليس، بول د. سبوديس، ماري آن هاجر، ماري نويل، ديبرا روب، وجيمس كوهين، صور القمر المداري الرابع الرقمية: خطوة تمهيدية لتسجيل المجموعة العالمية من صور القمر المداري في بوكر وهيوز ، علوم القمر والكواكب XXX، الملخص رقم 1770 (1999)
  10. ↑ جيفري ج. جيليس، ديبرا روب، جيمس كوهين، وماري آن هاجر، الأرشيف الرقمي لأطلس صور المركبة المدارية القمرية ، علوم القمر والكواكب الحادي والثلاثون، الملخص رقم 1815 (2000)
  11. ↑ LR Gaddis, T. Sucharski, T. Becker, and A. Gitlin, Cartographic Processing of Digital Lunar Orbiter Data , Lunar and Planetary Science XXXII (2001).
  12. ↑ T. Becker, L. Weller, L. Gaddis, D. Cook, B. Archinal, M. Rosiek, C. Isbell, T. Hare, R. Kirk, Lunar Orbiter Mosaic of the Moon , Lunar and Planetary Science XXXIX (2008).
  13. ↑ L. Weller, T. Becker, B. Archinal, A. Bennett, D. Cook, L. Gaddis, D. Galuszka, R. Kirk, B. Redding, D. Soltesz, USGS Lunar Orbiter Digitization Project: Updates and Status , Lunar and Planetary Science XXXVIII (2007).
  14. ↑ "إصلاح محركات البيانات يعيد الحياة إلى القمر" . collectSPACE.com. ١٤ نوفمبر ٢٠٠٨. تاريخ الاسترجاع : ٢٤ ديسمبر ٢٠٠٨ .
  15. ↑ مناظر القمر من LOIRP ، فبراير 2014

الروابط أعلاه تقود إلى كتاب كامل عن برنامج المركبة المدارية القمرية. للاطلاع على نسخة HTML، انزل إلى أسفل الصفحة لرؤية رابط جدول المحتويات.