Европа организует высадку на Луну, чтобы научиться фотографировать ее по-настоящему (фото)

«Ближе к реальности уже некуда».

Европейское космическое агентство (ЕКА) опубликовало фотографии с имитированной высадки на Луну, которые не призваны никого обмануть и заставить поверить в фейк, а скорее служат справочным материалом, позволяющим нам получить наилучшие видеоизображения, когда астронавты наконец вернутся на Луну.

Когда Нил Армстронг спустился с посадочного модуля «Орла», чтобы совершить свой «гигантский прыжок» в 1969 году, это было запечатлено чёрно-белым телевизором с медленной развёрткой (SSTV) с разрешением всего 320 строк и частотой 10 кадров в секунду. Передача, переданная через сеть дальней космической связи НАСА , была нечёткой, с бликами и низкой контрастностью. Доступной полосы пропускания в 900–1000 килогерц было недостаточно для передачи цвета. Ситуация немного улучшилась с «Аполлоном-12» , у которого была более широкая полоса пропускания в 2–3 мегагерца, что позволяло вести цветную съёмку — по крайней мере, до тех пор, пока видеокамера случайно не была направлена на солнце , и солнечная радиация повредила её вакуумную трубку.

Вскоре пилотируемые миссии НАСА «Артемида» на Луну будут оснащены цветными камерами высокой и сверхвысокой чёткости с частотой кадров до 60 в секунду. Но, несмотря на значительное развитие технологий с 1969 года, для успешной видеосъёмки посадки на Луну по-прежнему существует множество проблем. Одной из таких проблем остаётся пропускная способность, а также задержка сигнала с Луны в 1,3 секунды, учитывая яркое солнечное сияние, резко отражающееся от лунной поверхности, и лунную пыль , которая, похоже, проникает в каждый её уголок.

Таким образом, съемка подробных фотографий и видеозаписей происходящего на поверхности Луны и передача их на Землю , учитывая все эти сложности, — это приобретаемый навык. Мы пока не можем просто слетать на Луну и попрактиковаться, поэтому следующим шагом будет смоделировать условия Луны где-нибудь на Земле.

Именно в этом и заключается цель комплекса LUNA в Кёльне (Германия), представляющего собой совместный проект ЕКА и Немецкого центра аэрокосмической техники (DLR). Идея заключается в создании максимально реалистичной лунной среды для испытания роботизированных посадочных модулей, обучения астронавтов и отработки навыков работы с оборудованием, в том числе, в данном случае, с камерами.

С этой целью специалисты по обработке изображений из Консультативного комитета по системам космических данных (CCSDS), в состав которого входят представители 28 стран, собрались на борту станции LUNA, чтобы попрактиковаться в съемке астронавтов, играющих в имитацию лунной среды.

Пребывание на станции LUNA дало Мелани Коуэн, эксперту по обработке изображений и моделированию, представителю ЕКА в рабочей группе по динамической обработке изображений и их применению в CCSDS, «возможное представление о том, каково это — быть на Луне», — говорится в её заявлении . «Ближе к реальности невозможно. Снимать и фотографировать в этой сюрреалистической обстановке было особенным и сложным опытом».

Действительно, эта имитация луны была настолько реалистичной, что Коуэну и его коллегам-экспертам по визуализации пришлось надеть защитную одежду, чтобы предотвратить вдыхание искусственной лунной пыли, а также её попадание на волосы или одежду. Пыль может стать серьёзной проблемой для астронавтов, проводящих значительное время на поверхности; она настолько мелкая, что проникает повсюду, прилипая к поверхностям и потенциально засоряя оборудование.

Итак, облачившись в защитную одежду, напоминающую скафандры, которые используют в чистых помещениях, специалисты по обработке изображений засняли кадры того, как астронавты спускаются с имитационного лунного модуля, исследуют поверхность и даже делают селфи — то, что Нил Армстронг, возможно, пожалел бы, что не имеет возможности сделать. (Известно, что изображений Армстронга на Луне немного, поскольку во время большей части своей исторической прогулки по Луне он носил с собой камеру Hasselblad . ) Целью съемки селфи было посмотреть, сколько деталей можно запечатлеть в отражении на забрале шлема астронавта.

Полученные изображения и видео предназначены для использования в качестве справочных файлов для реальных объектов, чтобы астронавты и специалисты по обработке изображений могли лучше понять, какие настройки камеры использовать и насколько большими могут быть полученные файлы изображений или видео при передаче.

«Эти усилия должны помочь агентствам и компаниям создать истинную реальность для видеоприложений и оборудования», — заявил Фальк Шиффнер, представитель DLR в рабочей группе CCSDS по движущимся изображениям и приложениям. «Мероприятия по улучшению качества видео касаются не только лунных снимков, но и всех космических передач».

Снимать качественные кадры на Луне не так просто, как на Земле. Во-первых, поскольку на Луне нет заметной атмосферы, рассеивающей солнечный свет, контраст между участками, непосредственно освещёнными солнцем, и участками в тёмной тени может привести к пересвеченным дневным участкам и полностью чёрным теням. Кроме того, медленный восход и закат солнца в течение двух недель в любом месте приводит к медленному изменению условий. Чтобы воспроизвести всё это на станции LUNA, пришлось пройти множество проб и ошибок с углами съёмки и освещением.

«Мы испробовали различные имитаторы и методы солнечного света, чтобы воспроизвести освещение Луны солнцем», — сказал Коуэн. «Мы исследовали влияние теней от камней и внутри кратеров. Предварительные тесты показали, что HDR-видео обеспечит более детальную съёмку затенённых участков лунной поверхности».

HDR означает «высокий динамический диапазон» и позволяет значительно улучшить контрастность изображения или улучшить его цветопередачу. Производитель камер Nikon уже объединился с NASA для разработки модифицированной камеры Nikon Z9, которая будет использоваться астронавтами в случае их высадки на Луну в рамках миссии «Артемида-3» . Nikon Z9 обладает возможностями HDR и UHD (сверхвысокой чёткости), которые будут необходимы для съёмки на необычном и мрачном лунном ландшафте.

Доставить 8K UHD-видеокамеру на Луну — это одно, но передача всех этих данных обратно на Землю в режиме прямой трансляции (или настолько прямой, насколько это возможно с задержкой в 1,3 секунды) накладывает ограничения на доступную полосу пропускания. В частности, кадры с большим количеством движения называют «убийцами кодеров», поскольку они значительно увеличивают скорость передачи данных. На практике данные, передаваемые с Луны, будут сжаты, как это уже происходит, например, с Международной космической станции , но даже в этом случае потребуется найти способы втиснуть их в доступную полосу пропускания без существенных потерь.

Помощь может вскоре прийти благодаря инициативе Европейского космического агентства «Moonlight » , в рамках которой планируется запустить на орбиту вокруг Луны созвездие из пяти спутников. Четыре из этих космических аппаратов будут помогать будущим миссиям в навигации, а один обеспечит высокоскоростную связь между лунной поверхностью, космическими аппаратами на лунной орбите или летящими к Луне, и наземными станциями на Земле. Планируется, что «Moonlight» будет полностью готов к эксплуатации к 2030 году.