Всевидні очі космосу: фотошпіонаж

Ідея використовувати ракети і космічні апарати (КА) для спостережень за земною поверхнею виникла задовго до польоту першого штучного супутника Землі. Зі зрозумілих причин просували цю ідею військові. Людям у погонах, далеким від романтики міжпланетних подорожей, дуже хотілося не просто зазирнути «за сусідній паркан», а й робити це регулярно. А в порівнянні з класичною аерофотозйомкою супутники-шпигуни обіцяли постійну присутність, всеохопленість і недоступність впливам противника.

Важко сказати достовірно, коли була зроблена перша фотографія з космосу. У всякому разі перші документально зареєстровані знімки земної поверхні були отримані 24 жовтня 1946 року за допомогою зібраної в США А-4, запущеної з пускової установки полігону White Sands в штаті Нью-Мексико. Ракета піднялася на висоту 104,6 км, при цьому фотоапарат, що стоїть на борту, знімав зі швидкістю 40 кадрів на хвилину. Пробувши в космосі всього кілька хвилин, A-4 розбилася при посадці. Фотоапарат зберегти не вдалося, але броньована касета з плівкою залишилася ціла. Досі дивом здається короткий ролик, змонтований з окремих кадрів і показує вигнутий горизонт і чорноту космосу, що поперемінно миготять перед об'єктивом обертової ракети... До цього найбільш «висотними» знімками Землі були фотографії, зроблені з аеростату Explorer II, що піднявся в 1935 році на висоту понад 22 км.

У нас роботи в галузі космічної зйомки почалися практично паралельно з американськими. Перша вітчизняна спеціальна космічна камера створювалася на основі апарату для аерофотозйомки. Однак реальні знімки з космосу в Радянському Союзі були отримані лише влітку 1957 року за допомогою малогабаритного фотоапарата АФА-39, піднятого ракетою на висоту близько 120 км. Камера була розроблена на Красногірському механічному заводі (КМЗ).

«Корона» проти «Зеніту»

28 лютого 1959 року на навколоземну орбіту був запущений перший американський супутник-фоторозвідник, створений за програмою CORONA (відкрита назва Discoverer) з метою отримання зображень земної поверхні (насамперед території СРСР і Китаю). Фотографії, отримані апаратурою, розробленою фірмою Itek, поверталися на Землю в капсулі. Реальна розвідувальна апаратура вперше була відправлена в космос влітку 1959 року на четвертому апараті серії, а перше успішне повернення капсули з відзнятою плівкою було виконано із супутника Discoverer 14 у серпні 1960-го.

22 травня 1959 року вийшла Постанова ЦК КПРС і Радміну СРСР № 569 ‑ 264 про створення в СРСР першого супутника-розвідника 2К («Зеніт») і, на його основі, пілотованого корабля «Восток» (1К). У 1960 році на КМЗ почалося проектування апаратури «Фтор-2» для оглядово-картографічної та детальної фотозйомки. До серійного випуску приступили в 1962 році, а на початку 1964-го наказом міністра оборони СРСР № 0045 комплекс оглядової фоторозвідки «Зеніт-2» був прийнятий на озброєння Радянської армії. Так починалася гонка «космічних шпигунів»...

Секретна корона

Супутники серії CORONA (індекс КН) були призначені для зйомки територій СРСР і Китаю. Вони запускалися в інтересах ЦРУ і ВПС США в 1959-1972 роках. У таких капсулах, як на фото, відзнята плівка поверталася на Землю.

Дзеркала для чужих секретів

Але герой нашої розповіді - не сам супутник-розвідник, а його основний інструмент - фотоапарат. Він, або, точніше, оптична апаратура, визначає робочу орбіту і вигляд супутника, основне призначення якого - зйомка земної поверхні. Основа фотоапарата - об'єктив. Конструктивно він може бути лінзовим (рефрактор), дзеркальним (рефлектор) і дзеркально-лінзовим.

Рефрактор являє собою підзорну трубу, що складається з послідовно розташованих двояковипуклих лінз, а рефлектор - з системи дзеркал. Враховуючи, що просторова роздільна здатність (говорячи спрощено, мінімальний розмір предмета, відмінного на поверхні Землі) космічної апаратури має бути по можливості дуже високим, лінзи рефрактора виконуються з великою фокусною відстанню, що зумовлює їх великі розміри. Наприкінці 1960-х на КМЗ почалася робота над створенням унікального об'єктива «Мезон-2А» з масою близько 500 кг і діаметром лінз 600 мм. Мабуть, це найбільший лінзовий об'єктив, розроблений для застосування в космосі. Лінзи створені за унікальною технологією, що дозволяє з'єднати скло і метал: утворюється єдина конструкція із загальною силовою схемою. Поєднання «метал - скло» забезпечує жорсткість і живучість конструкції як на Землі, так і в космосі: лінзи - не тільки оптичні, але одночасно і силові елементи конструкції. Об'єктив містить вісім лінз, виставлених один щодо одного з похибкою не більше 1 − 2 мікрон. За оцінкою фахівців, більший лінзовий об'єктив створити вже не можна - при подальшому збільшенні діаметру внутрішня структура скла «тече»...

Спеціальна фотоплівка, яка застосовувалася на супутниках KH, мала ширину 70 мм. У касету заправлялося 9600 м плівки. Маючи об'єктив з фокусною відстанню 0,6 м, камера отримувала знімки з роздільною здатністю до 7,5 м. Супутники KH-4 несли на борту більш досконалу оптичну систему з роздільною здатністю від 2,75 до 1,8 м Панорамна стереокамера J-1 використовувалася на супутниках KH-4A. Два рухомих об'єктиви за одну експозицію знімали смужку земної поверхні, при цьому їхні оптичні осі перебували під кутом 30 ° один до одного.

Рефлектор концептуально простіше і в найпростішому випадку складається з параболічного головного дзеркала (в його фокусі створюється дійсне зображення об'єкта) і додаткового плоского вторинного дзеркала між фокусом і поверхнею головного дзеркала (це так звана схема Ньютона). Вторинне дзеркало направляє світловий потік на світлочутливий матеріал або в окуляр. Дана схема допускає більше компонувальних «вольностей», а сам об'єктив виходить легше і компактніше (в основному - коротше) рефрактора. Порівняно зі згаданим вище лінзовим об'єктивом порівнянний за характеристиками дзеркальний об'єктив має масу всього 200 − 250 кг, а при розміщенні на КА компактність і мала маса - критично важливі параметри. Враховуючи ці обставини, рефрактори не знайшли застосування в космічній фотоапаратурі.