Programme Lunar Orbiter - Lunar Orbiter program

Vaisseau spatial orbiteur lunaire (NASA)

Le programme Lunar Orbiter a été une série de cinq sans équipage lunaires orbiteur missions lancées par les États-Unis de 1966 à 1967. Destinée à aider à choisir Apollo sites d'atterrissage en cartographiant la surface de la Lune, ils ont fourni les premières photographies de l' orbite lunaire et photographiées à la fois la Lune et Terre.

Les cinq missions ont été couronnées de succès et 99% de la surface lunaire ont été cartographiés à partir de photographies prises avec une résolution de 60 mètres (200 pieds) ou mieux. Les trois premières missions étaient dédiées à l'imagerie de 20 sites d'atterrissage lunaire potentiels avec équipage, sélectionnés sur la base d'observations basées sur la Terre. Ceux-ci ont été pilotés sur des orbites à faible inclinaison. Les quatrième et cinquième missions ont été consacrées à des objectifs scientifiques plus larges et ont été effectuées sur des orbites polaires à haute altitude. Lunar Orbiter 4 a photographié tout le côté rapproché et 9% du côté éloigné, et Lunar Orbiter 5 a terminé la couverture du côté éloigné et a acquis des images de résolution moyenne (20 m (66 pi)) et haute (2 m (6 pi 7 po)) de 36 zones présélectionnées. Tous les vaisseaux spatiaux Lunar Orbiter ont été lancés par des lanceurs Atlas-Agena -D.

Les Lunar Orbiters disposaient d'un système d'imagerie ingénieux, qui se composait d'une caméra à double objectif , d'une unité de traitement de film, d'un scanner de lecture et d'un appareil de manipulation de film. Les deux objectifs, un objectif haute résolution (HR) à angle étroit de 610 mm (24 pouces) et un objectif à résolution moyenne (MR) grand angle de 80 mm (3,1 pouces), ont placé leurs expositions sur un seul rouleau de film de 70 mm . Les axes des deux caméras coïncidaient, de sorte que la zone imagée dans les images HR était centrée dans les zones d'image MR. Le film a été déplacé pendant l'exposition pour compenser la vitesse de l' engin spatial , qui a été estimée par un capteur électro-optique. Le film a ensuite été traité, numérisé et les images retransmises sur Terre.

Au cours des missions Lunar Orbiter, les premières photos de la Terre dans son ensemble ont été prises, en commençant par l'élévation de la Terre au-dessus de la surface lunaire par Lunar Orbiter 1 en août 1966. La première image complète de la Terre entière a été prise par Lunar Orbiter 5 sur 8 août 1967. Une deuxième photo de la Terre entière a été prise par Lunar Orbiter 5 le 10 novembre 1967.

Vaisseau spatial et sous-systèmes

Diagramme de l'orbiteur lunaire (NASA)
Maquette d'ingénierie de l'orbiteur lunaire

La proposition de Boeing-Eastman Kodak a été annoncée par la NASA le 20 décembre 1963. Le bus principal du Lunar Orbiter avait la forme générale d'un cône tronqué de 1,65 m (5 pi 5 po) de hauteur et 1,5 m (4 pi 11 po) de hauteur. diamètre à la base. Le vaisseau spatial était composé de trois ponts soutenus par des fermes et une arche. Le pont d'équipement à la base de l'engin contenait la batterie, le transpondeur , le programmateur de vol, l' unité de référence inertielle (IRU), le suiveur d'étoiles Canopus , le décodeur de commande, l'encodeur multiplex, l' amplificateur à tube à ondes progressives (TWTA) et le système photographique. Quatre panneaux solaires ont été montés pour s'étendre à partir de ce pont avec une portée totale de 3,72 m (12,2 pi). Une antenne à gain élevé sur une flèche de 1,32 m (4 pieds 4 pouces) et une antenne à faible gain sur une flèche de 2,08 m (6 pieds 10 pouces) s'étendaient également à partir de la base de l'engin spatial. Au-dessus du pont d'équipement, le pont central contenait le moteur de contrôle de la vitesse, les réservoirs de propulseur, d'oxydant et de pressurisation, les capteurs solaires et les détecteurs de micrométéoroïdes. Le troisième pont se composait d'un bouclier thermique pour protéger le vaisseau spatial du tir du moteur de contrôle de vitesse. La buse du moteur dépassait du centre du bouclier. Quatre propulseurs de contrôle d'attitude étaient montés sur le périmètre du pont supérieur .

Une puissance de 375 W était fournie par les quatre panneaux solaires contenant 10 856 cellules solaires n / p qui permettraient de faire fonctionner directement l'engin spatial et de charger également la batterie au nickel-cadmium de 12 A · h . Les batteries ont été utilisées pendant les brèves périodes d'occultation où aucune énergie solaire n'était disponible. La propulsion pour les manœuvres majeures était assurée par le moteur de contrôle de vitesse à cardan, un moteur de fusée Marquardt Corp. à poussée hypergolique de 100 livres (445 N) . La stabilisation sur trois axes et le contrôle d'attitude étaient fournis par quatre jets d'azote gazeux d'une force de 1 lb (quatre newtons). Les connaissances en matière de navigation ont été fournies par cinq capteurs solaires , le capteur d'étoiles Canopus et le système de navigation inertielle. Les communications se faisaient via un émetteur de 10 W et l'antenne directionnelle à gain élevé d'un mètre de diamètre pour la transmission de photographies, et un émetteur de 0,5 W et une antenne omnidirectionnelle à faible gain pour les autres communications. Les deux émetteurs fonctionnaient dans la bande S à environ 2295 MHz. Le contrôle thermique était maintenu par une couverture thermique multicouche aluminisée en Mylar et Dacron qui enveloppait le bus principal, la peinture spéciale, l'isolation et les petits radiateurs.

La caméra utilisait deux objectifs pour exposer simultanément une image grand angle et une image haute résolution sur le même film. Le mode grand angle à résolution moyenne utilisait un objectif Xenotar de 80 mm F 2,8 fabriqué par Schneider Kreuznach de l'Allemagne de l'Ouest. Le mode haute résolution utilisait un objectif panoramique 610 mm F 5,6 fabriqué par Pacific Optical Company.

Le film photographique a été développé en orbite avec un processus semi-sec, puis il a été scanné par un photomultiplicateur pour être transmis à la Terre. Ce système a été adapté avec l'autorisation du NRO à partir de la caméra de reconnaissance SAMOS E-1, construite par Kodak pour un projet d'imagerie satellite de courte durée de l'USAF en temps quasi réel.

À l'origine, l'armée de l'air avait offert à la NASA plusieurs caméras de rechange du programme KH-7 GAMBIT , mais les autorités se sont ensuite inquiétées de la sécurité entourant les caméras classifiées, y compris la possibilité que des images de la Lune révèlent leur résolution. Certaines propositions ont été faites pour que la NASA ne publie pas les paramètres orbitaux des sondes Lunar Orbiter afin que la résolution des images ne puisse pas être calculée en fonction de leur altitude. En fin de compte, les systèmes de caméras existants de la NASA, bien que de résolution inférieure, se sont révélés adéquats pour les besoins de la mission.

Sauvegarde potentielle

En tant que sauvegarde du programme Lunar Orbiter, la NASA et le NRO ont coopéré sur le système de cartographie et d'enquête lunaire (LM&SS), basé sur le satellite de reconnaissance KH-7 . En remplaçant le module lunaire du Saturn V , les astronautes d'Apollo opéreraient le LM&SS à distance en orbite lunaire. La NASA a annulé le projet à l'été 1967 après le succès complet des Lunar Orbiters.

Résultats

Le programme Lunar Orbiter se composait de cinq engins spatiaux qui ont rendu la photographie de 99% de la surface de la Lune (côté proche et éloigné ) avec une résolution inférieure à 1 mètre (3 pieds 3 pouces). Au total, les Orbiters ont renvoyé 2180 images haute résolution et 882 images moyenne résolution. Les expériences sur les micrométéoroïdes ont enregistré 22 impacts montrant que le flux moyen des micrométéoroïdes près de la Lune était d'environ deux ordres de grandeur supérieur à celui de l'espace interplanétaire, mais légèrement inférieur à celui de l'environnement proche de la Terre. Les expériences de rayonnement ont confirmé que la conception du matériel Apollo protégerait les astronautes d'une exposition à court terme moyenne et supérieure à la moyenne aux événements de particules solaires.

L'utilisation des orbitres lunaires pour le suivi afin d'évaluer les stations de suivi du réseau de vol spatial habité et le programme de détermination de l'orbite d'Apollo a été un succès, trois des orbiteurs lunaires (2, 3 et 5) étant suivis simultanément d'août à octobre 1967. Les orbiteurs lunaires ont tous finalement reçu l'ordre de s'écraser sur la Lune avant que leur carburant de contrôle d'attitude ne soit épuisé afin de ne pas présenter de dangers pour la navigation ou les communications pour les vols Apollo ultérieurs. Le programme Lunar Orbiter a été géré par la NASA Langley Research Center pour un coût total d'environ 200 millions de dollars.

Le suivi Doppler des cinq orbiteurs a permis de cartographier le champ gravitationnel de la Lune et de découvrir des concentrations massiques (mascons), ou des sommets gravitationnels, qui étaient situés au centre de certaines (mais pas toutes) des maries lunaires.

Caméra Lunar Orbiter (NASA)

Vous trouverez ci-dessous les informations du journal de vol des cinq missions photographiques Lunar Orbiter:

  • Orbiteur lunaire 1
    • Lancé le 10 août 1966
    • Lune imagée: 18 au 29 août 1966
    • Impact avec la Lune: 29 octobre 1966
    • Mission d'étude du site d'atterrissage Apollo
  • Orbiteur lunaire 2
    • Lancé le 6 novembre 1966
    • Lune imagée: 18 au 25 novembre 1966
    • Impact avec la Lune: 11 octobre 1967
    • Mission d'étude du site d'atterrissage Apollo
  • Orbiteur lunaire 3
    • Lancé le 5 février 1967
    • Lune imagée: 15 au 23 février 1967
    • Impact avec la Lune: 9 octobre 1967
    • Mission d'étude du site d'atterrissage Apollo
  • Orbiteur lunaire 4
    • Lancé le 4 mai 1967
    • Lune imagée: du 11 au 26 mai 1967
    • Impact avec la Lune: vers le 31 octobre 1967
    • Mission de cartographie lunaire
  • Orbiteur lunaire 5
    • Lancé le 1er août 1967
    • Lune imagée: 6 au 18 août 1967
    • Impact avec la Lune: 31 janvier 1968
    • Cartographie lunaire et mission d'enquête haute résolution

Disponibilité des données

Les photographies orbitales de Lunar Orbiter ont été transmises à la Terre sous forme de données analogiques après la numérisation à bord du film original en une série de bandes. Les données ont été écrites sur bande magnétique et également sur film. Les données du film ont été utilisées pour créer des mosaïques faites à la main de cadres Lunar Orbiter. Chaque exposition LO a donné lieu à deux photographies: des cadres à résolution moyenne enregistrés par l'objectif à focale de 80 mm et des cadres à haute résolution enregistrés par l'objectif à distance focale de 610 mm. En raison de leur grande taille, les cadres HR ont été divisés en trois sections, ou sous-cadres. Des impressions grand format (16 x 20 pouces (410 mm × 510 mm)) à partir des mosaïques ont été créées et plusieurs copies ont été distribuées à travers les États-Unis aux bibliothèques d'images et de données de la NASA connues sous le nom de Regional Planetary Information Facilities . Les vues exceptionnelles qui en résultaient étaient d'une résolution spatiale généralement très élevée et couvraient une partie substantielle de la surface lunaire, mais elles souffraient d'un striping "à l'aveugle vénitien", de données manquantes ou dupliquées et d'effets de saturation fréquents qui entravaient leur utilisation. Pendant de nombreuses années, ces images ont été à la base d'une grande partie de la recherche scientifique lunaire. Parce qu'elles ont été obtenues à des angles solaires faibles à modérés, les mosaïques photographiques Lunar Orbiter sont particulièrement utiles pour étudier la morphologie des caractéristiques topographiques lunaires.

Plusieurs atlas et livres contenant des photographies de Lunar Orbiter ont été publiés. Le plus définitif est peut-être celui de Bowker et Hughes (1971); il contenait 675 plaques photographiques avec une couverture approximativement mondiale de la Lune. En partie à cause du grand intérêt pour les données et en partie parce que cet atlas est épuisé, la tâche a été entreprise à l' Institut lunaire et planétaire pour numériser les impressions grand format des données de Lunar Orbiter. Celles-ci ont été mises à disposition en ligne sous le nom de Digital Lunar Orbiter Photographic Atlas of the Moon .

Récupération et numérisation de données

Un détail d'une image originale en haut, par rapport à une version retraitée en bas créée par LOIRP .

En 2000, le programme de recherche en astrogéologie de l'US Geological Survey à Flagstaff, en Arizona, a été financé par la NASA (dans le cadre du projet de numérisation Lunar Orbiter ) pour numériser à une résolution de 25 micromètres des bandes de films LO positifs d'archives produites à partir des données originales. L'objectif était de produire une mosaïque mondiale de la Lune en utilisant les meilleurs cadres Lunar Orbiter disponibles (en grande partie la même couverture que celle de Bowker et Hughes, 1971). Les cadres ont été construits à partir de bandes de film numérisées; ils ont été construits numériquement, contrôlés géométriquement et projetés sur des cartes sans les rayures qui étaient visibles dans les cadres photographiques originaux. En raison de l'accent mis sur la construction d'une mosaïque mondiale, ce projet n'a numérisé qu'environ 15% des cadres photographiques Lunar Orbiter disponibles. Les données des missions Lunar Orbiter III , IV et V ont été incluses dans la mosaïque mondiale.

En outre, le projet de numérisation de l'USGS a créé des cadres à partir d'images à très haute résolution de Lunar Orbiter pour plusieurs «sites d'intérêt scientifique». Ces sites avaient été identifiés dans les années 1960 lors de la sélection des sites d'atterrissage d'Apollo. Des cadres pour des sites tels que le site d'atterrissage d' Apollo 12 , les collines Marius et la rainure Sulpicius Gallus ont été publiés.

En 2007, le projet de récupération d'image de l'orbiteur lunaire (LOIRP) a lancé un processus pour convertir les images de l'orbiteur lunaire directement à partir des enregistrements vidéo analogiques originaux Ampex FR-900 des données de l'engin spatial au format d'image numérique, un changement qui a fourni une résolution considérablement améliorée sur le images originales publiées dans les années 1960. La première de ces images restaurées a été publiée à la fin de 2008. Presque toutes les images de Lunar Orbiter ont été récupérées avec succès en février 2014 et sont en cours de traitement numérique avant d'être soumises au système de données planétaires de la NASA .

La première image de la Terre prise sur la Lune. A gauche l'original et à droite une version restaurée numériquement créée par LOIRP .

Voir également

Les références

Liens externes

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