В конце 1973 года была запущена станция Mariner-10. В феврале 1974 года она пролетела мимо Венеры, передав первые фотографии ее облачного покрова, после чего взяла курс на Меркурий. Добравшись до него, она успешно сфотографировала и его поверхность. Это была единственная станция, навестившая Меркурий в ХХ веке, из-за чего «венерианская» часть ее миссии была несколько забыта. И это при том, что снимки, переданные ею, были весьма высокого качества.
Подбирая хорошие фотографии Венеры, я сначала хотел взять уже готовые и обработанные кадры с «Маринера-10», но по разным причинам они мне не подошли. После чего я решил самостоятельно попробовать собрать нужные мне снимки из исходных материалов, переданных данной станцией. Я точно знал, что ее телеметрическая информация есть в открытом доступе, и каждый желающий может ее скачать.
Речь идет вот об этом сайте: pdsimage.wr.usgs.gov
Нас интересует папка: pdsimage.wr.usgs.gov/Missions/Mariner_10
Всего там 57 папок с файлами. В каждой приблизительно по 230 изображений. Причем у меня подозрение, что каждая папка в 1975 году представляла собой отдельную катушку с магнитной лентой, на которую были записаны изображения. Судя по дате файла, в 1993 году их оцифровали, переведя в более привычный вид, в 1999 году переписали на CD, после чего любой желающий мог заказать снимки у NASA, ну а в 2009 году их выложили в интернет, в общий доступ.
Что из себя представляют данные файлы? Для начала хочу сказать, софт для просмотра данных изображений существует очень давно. Здесь можно скачать программу 2001 года от Piotr A. Masek petermasek.tripod.com/mariner.html
Кроме конвертации файлов она также удаляет помехи, восстанавливает пропущенные фрагменты и проводит цветокоррекцию. Отдельные файлы обрабатывать ею очень удобно. Но в моем случае нужно было просмотреть тысячи файлов (всего там 13029 фотографий), и я стал думать над способами автоматизированной обработки. Тем более что внимательный взгляд на исходные материалы выявил два момента. Во-первых, они там хранятся в порядке, далеком от хронологического. Это стало совершенно очевидно, когда я обнаружил снимок Земли с отлетной траектории среди снимков облачного покрова Венеры. Во- вторых, часто одна и та же фотография хранилась в разных папках под разными именами.
В общем, было принято решение создать программу, которая обрабатывает все снимки и преобразует их в более привычный графический формат, а также изменяет название на удобное для сортировки.
Это оказалось возможным после того, как в шапке каждого файла был обнаружен EXIF сорокалетней давности, по которому можно точно определить параметры каждого снимка (см. скриншот).
Видно, что данный снимок сделан в 1973 году. 3 ноября (307 день с начала года) в 22:35:01. Длиннофокусным объективом, через ультрафиолетовый поляризационный объектив (шел под номером 3). Выдержка полсекунды. Каждый снимок имел и уникальный номер, но за время полета счетчик переполнился, и отсчет пошел с нуля.
Единственный момент в EXIF, который не удалось понять, выделен синим прямоугольником. Впрочем, думаю, там зашифрованы углы поворота телевизионной платформы или температура камер.
Зная всю эту информацию, был написан небольшой файл, который считывал исходный файл и преобразовал его в файл .bmp с именем вроде 74_036_17h43m13s_0057856_02U.bmp. То есть, с точным временем снимка, внутренним уникальным номером, типом камеры и светофильтра. Первые версии программы угрожали провести обработку 13 тыс. файлов (примерно 9 ГБ) за 20 часов, но удалось снизить это время до 15 минут.
Аппаратура
На этом коллаже хорошо видны камеры
По сути, данные файлы представляют собой одни из самых первых цифровых фотографий в истории. А станции вроде Marinera-10 – один из самых ранних прототипов цифровых камер. Они даже куда больше подходят на роль таких прототипов, чем первая цифровая камера «Kodak» 1975 года. Да, для получения изображений использовались не ПЗС, а видиконы, но вся остальная обработка была цифровой. Для обработки фотографий использовался штатный компьютер станции, он же мог выбирать параметры экспозиции, а снимки можно было сохранять на бортовое ЗУ. Как было показано, каждый снимок помечался подробными атрибутами для облегчения обработки, при этом были даже определенные методики сохранения изображений с потерями. Впрочем, ЗУ как раз использовалось редко. Обычно использовалась прямая передача снимков на Землю. Камеры и антенна имели индивидуальную систему наведения, и обычно станция направляла антенну на Землю, а камеры на интересующий объект и передавала фотографии практически в реальном времени. Скорость передачи была 14,7 Кбайт/с. На передачу одного снимка уходило 42 секунды.
Видиконы Mariner-10 давали картинку разрешением 832х700 элементов с 256 градациями серого. То есть, 8 bit. Как писалось в рекламных буклетах NASA, 70х, 256 градаций серого – это куда больше, чем может различить человеческий глаз. Впрочем, в самих файлах информация хранится в строчках по 968 элементов. Подозреваю, лишние элементы были добавлены при записи на Земле.
Внешний вид камер можно увидеть на схеме. Телевизионная система состояла из двух камер фокусным расстоянием 1500 mm. Съемка велась через разные светофильтры, также была возможность переключаться на широкоугольный объектив с фокусным 62 мм. Кроп-фактор видиконов был 2.7, а значит, ЭФР было 4050 мм и 167 мм. Среди светофильтров был голубой, оранжевый, ультрафиолетовый, ультрафиолетовый-поляризационный (длины волн 3550А, 4740А, 4820А, 5120А, 5780А, 3580А).
Результат
После обработки удалось получить такую статистику по файлам. Кроме всего прочего, было обнаружено, что фотосъемка Меркурия от 1975 года была помечена 1974 годом. Обработанные и отсортированные фотографии можно скачать здесь: cloud.mail.ru/public/Gd9d/TdUPRrjPy
Что же у нас получилось?
Земля и Луна
Вскоре после старта была проведена фотосъемка Земли с отлетной траектории. Сначала были сделаны несколько снимков широкоугольным объективом, после чего переключились на телевик.
Если собрать все снимки и обработать, то получится такая панорама.
Земля. 3 ноября 1973 года.
А это уже 4 ноября
К сожалению, RGB светофильтров там не было. Так что я попробовал провести сборку цветного изображения, используя голубой, оранжевый и ультрафиолетовый светофильтры. Увы, ничего особенного не получилось.
Более эффектными оказались панорамы Луны. Впрочем, к сожалению, и более фрагментарными
Если сравнить их со снимками Луны с поверхности Земли, то сначала очень сложно их соотнести. Только спустя некоторое время становится понятно, что просто точка съемки находилась куда выше, чем любая точка на поверхности Земли.
Например: www.pa.msu.edu/people/frenchj/moon/moon-5day-1807.jpg
Это становится еще более очевидно при изучении фотографий обратной стороны Луны, сделанных «Маринером-10» на следующий день.
ic.pics.livejournal.com/pilot_pirks/5998240/48827/48827_original.jpg
Слева фотография Луны с «Маринера-10», справа модель Луны из виртуального атласа. Видно, что в районе полюса в атласе достаточно необычная картинка, вызванная склейкой снимков, когда через этот район проходил лунный терминатор. На снимке же со станции можно увидеть, как действительно выглядит район северного полюса Луны.
Есть и странности. В частности, 8 и 15 ноября была проведена странная фотосессия. Что это такое – непонятно. Может, решили сфотографировать разгонный блок «Центавр», что вывел станцию к Венере. Может, в кадре сама Венера. Форма на снимке вряд ли соответствует реальной форме объекта. Все фотографии были сделаны с очень большой выдержкой, порядка 11 секунд. Думаю, как раз для оценки возможностей стабилизации платформы и была проведена данная фотосъемка.
Очень много снимков от 19-24 января 1974 года. При этом ничего, кроме помех, на них разглядеть нельзя. В эти дни попробовали сфотографировать комету Когутека, но она оказалась видна настолько слабо, что камеры ее так и не зафиксировали.
Венера
Наконец, в начале февраля станция приблизилась к Венере. Баллистические особенности перелета были таковы, что станция приближалась к планете с неосвещенной стороны, и увидеть ее поверхность можно было только во время пролета. На первых снимках был только шум, пока, наконец, на экране не показался контур планеты. На часах было 16:47:13 секунд 5 февраля 1974 года.
Благодаря большому количеству снимков, можно подобрать очень много красивых кадров.
Попробовал собрать и цвет. Увы, опять ничего особенного
Снимки Венеры передавали еще неделю. Последний был принят 13 февраля.
Меркурий
В отличие от Венеры, Меркурий станция засекла еще на подлете. Если при сеансе 22 марта не удалось поймать его в камеры, то уже 23 марта стало возможно различить тусклый серп, пока еще без каких-либо деталей. 25 марта на диске планеты стали появляться детали, а уже 29 марта станция пролетела мимо Меркурия на минимальном расстоянии от него в 703 км.
Меркурий. 29 марта 1974 года.
Не успели на Земле обработать снимки с данного пролета, как станция вернулась к Меркурию еще два раза. Пролет 21 сентября 1974 года был на расстоянии 48 069 км от поверхности Меркурия, а 16 марта 1975 года — на расстоянии 327 км. И только после этого миссия станции была окончена. Mariner-10 оставил после себя тысячи файлов с изображениями Венеры и Меркурия.
Так выглядела обработка фотографий Меркурия с «Маринера-10» в 1975
И в 2015 году :)
В завершении хотел бы написать несколько слов для тех, кто вдруг тоже захочет провести подобную работу. Ссылку на преобразованные файлы я уже давал, здесь можно скачать исходные файлы.
cloud.mail.ru/public/Gd9d/TdUPRrjPy
cloud.mail.ru/public/NHfB/G5RktxoCD
Также там лежат программы для их обработки и их исходники. Всего две программы. Первая просто преобразовывает исходные файлы в формат .bmp, вторая нужна для применения фильтра. В ней указывается нужный день, после чего она находит все файлы, относящиеся к данному дню, и применяет к ним фильтр для удаления помех. Дело в том, что из-за передачи изображений в реальном времени помех на них появлялось тем больше, чем дальше станция удалялась от Земли. Если фотографии Земли и Луны практически идеальны, то снимки Меркурия практически «утонули» в шумах Фильтр, примененный в данном файле, достаточно мягкий. С шумами около Венеры он справляется достаточно успешно, а вот шумы возле Меркурия ему уже не по зубам. В вышеуказанной программе Piotr A. Masek применен куда более эффективный алгоритм, да и читатели, я уверен, могут предложить что-нибудь свое.
Также, если кого заинтересовала данная миссия, могу посоветовать книгу
history.nasa.gov/SP-424/sp424.htm
В ней подробно описывается данный полет
Автор: Shubinpavel
