月探査機計画

ルナ・オービター計画は、 1966年と1967年にアメリカが打ち上げた5回の無人 月 周回ミッションのシリーズである。月面の地図を作成してアポロの着陸地点の選択に役立てることを目的としており、^[1]月周回軌道からの最初の写真を提供し、月と地球の両方を撮影した。

5回のミッションはすべて成功し、60メートル（200フィート）以上の解像度で撮影された写真から月面の99パーセントの地図が作成された。最初の3回のミッションは、地球からの観測に基づいて選ばれた20か所の有人月面着陸候補地を撮影することに専念した。これらは低傾斜軌道で飛行された。4回目と5回目のミッションは、より広範な科学的目的に充てられ、高高度極軌道で飛行された。ルナ・オービター4号は月面の表側全体と裏側の9パーセントを撮影し、ルナ・オービター5号は裏側の撮影を完了し、事前に選択された36か所の地域の中解像度（20メートルまたは66フィート）と高解像度（2メートルまたは6フィート7インチ）の画像を入手した。ルナ・オービター宇宙船はすべて、 アトラス・アジェナDロケットで打ち上げられた。

月探査機には、デュアルレンズカメラ、フィルム処理ユニット、読み出しスキャナ、およびフィルム処理装置からなる画像システムが搭載されていました。610 mm (24 インチ) 狭角高解像度 (HR) レンズと 80 mm (3.1 インチ) 広角中解像度 (MR) レンズの両方のレンズが、1 本の70 mm フィルムにフレームの露出を配置しました。2 台のカメラの軸は一致していたため、HR フレームで画像化された領域は MR フレーム領域内の中心に配置されました。露出中は、電気光学センサーによって推定された宇宙船の速度を補正するためにフィルムが移動しました。次に、フィルムが処理され、スキャンされ、画像が地球に送信されました。

ルナ・オービターのミッション中に、1966年8月にルナ・オービター1号が月面から地球が昇るところから始まり、地球全体の最初の写真が撮影された。地球全体の最初の完全な写真は、1967年8月8日にルナ・オービター5号によって撮影された。^[2]地球全体の2枚目の写真は、1967年11月10日にルナ・オービター5号によって撮影された。

ボーイングとイーストマン・コダックの提案は、1963年12月20日にNASAによって発表された。ルナ・オービターのメインバスは、高さ1.65メートル（5フィート5インチ）、底部の直径1.5メートル（4フィート11インチ）の円錐台という一般的な形状をしていた。宇宙船は、トラスとアーチで支えられた3つのデッキで構成されていた。宇宙船の底部の機器デッキには、バッテリー、トランスポンダー、フライトプログラマー、慣性基準装置（IRU）、カノープス・ スタートラッカー、コマンドデコーダー、マルチプレックスエンコーダー、進行波管増幅器（TWTA）、および写真システムが収容されていた。4つの太陽電池パネルがこのデッキから突き出すように取り付けられ、総スパンは3.72メートル（12.2フィート）であった。また、宇宙船の基部からは、1.32 m (4 フィート 4 インチ) のブームに取り付けられた高利得アンテナと、2.08 m (6 フィート 10 インチ) のブームに取り付けられた低利得アンテナが伸びていました。機器デッキの上の中間デッキには、速度制御エンジン、推進剤、酸化剤、加圧タンク、太陽センサー、微小流星体検出器がありました。第 3 デッキは、速度制御エンジンの点火から宇宙船を保護するための熱シールドで構成されていました。エンジンのノズルはシールドの中央から突き出ていました。最上デッキの周囲には、姿勢制御スラスタが 4 つ取り付けられていました。

375 W の電力は、10,856 個の n/p 太陽電池を備えた 4 つのソーラー アレイによって供給され、宇宙船を直接駆動するとともに、12 A·h のニッケル カドミウム バッテリーを充電します。バッテリーは、太陽電力が利用できない短い掩蔽期間中に使用されます。主要な操作のための推進力は、ジンバル式速度制御エンジン、Marquardt Corp.製の440 ニュートン (100 lbf) 推力のハイパーゴリック ロケット モーターによって供給されました。3 軸安定化および姿勢制御は、4 つの 4 ニュートン (1 lbf) 窒素ガス ジェットによって提供されました。ナビゲーション情報は、5 つの太陽センサー、カノープス スター センサー、および慣性航法システムによって提供されました。通信は、写真の送信用に 10 W 送信機と直径 1 メートルの指向性高利得アンテナを介して行われ、その他の通信には 0.5 W 送信機と全方向性低利得アンテナが使用されました。両方の送信機は、約 2295 MHz のS バンドで動作しました。熱制御は、メイン バス、特殊塗料、断熱材、および小型ヒーターを覆う多層アルミニウムマイラーおよびダクロンの熱ブランケットによって維持されました。

当初、空軍はKH-7 ガンビットプログラムから数台の予備カメラを NASA に提供していましたが、その後、当局は機密カメラのセキュリティ、特に月の画像から解像度が明らかになる可能性について懸念するようになりました。NASA が月周回衛星の軌道パラメータを公開しないようにして、高度から画像の解像度を計算できないようにするという提案もいくつかありました。最終的に、NASA の既存のカメラ システムは、解像度は低いものの、ミッションのニーズには十分であることが判明しました。

コダックはルナ・オービター計画のために8つの写真サブシステムを開発・構築し、そのうち5つは1966年と1967年の宇宙ミッションで使用された。^[3]カメラは2つのレンズを使用して、同じフィルムに広角画像と高解像度画像を同時に露光した。広角、中解像度モードでは、西ドイツのシュナイダー・クロイツナッハ社製の80 mm F 2.8クセノターレンズを使用した。高解像度モードでは、パシフィック・オプティカル社製の610 mm F 5.6 パノラマレンズを使用した。 ^[4]カメラは65 mmコダック・バイマットフィルムにネガを露光し、その後、セミドライプロセスを使用して機内で現像された。 ^{[5] [3]}次に、サブシステムの光電子増倍管が画像をスキャンし、アナログビデオとして地球に送信した。^{[3] [5] [3]}このシステムは、コダック社が短期間で米空軍の準リアルタイム衛星画像プロジェクトのために製造したSAMOS E-1偵察カメラをNROの許可を得て改造したものです。 ^[5]

月周回衛星計画のバックアップとして、NASAとNROはKH-7偵察衛星をベースにした月面地図作成・調査システム（LM&SS）の開発に協力した。サターンVの月着陸船に代わるものとして、アポロ宇宙飛行士は月周回軌道上でLM&SSを遠隔操作することになる。NASAは月周回衛星の完全な成功を受けて1967年夏にこの計画を中止した。^[6]

• 国立航空宇宙博物館のエンジニアリングモックアップ
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月周回衛星計画は 5 機の宇宙船で構成され、月の表面 (表側と裏側) の 99 パーセントの写真を解像度 1 メートル (3 フィート 3 インチ) まで送信しました。周回衛星は合計で 2,180 枚の高解像度画像と 882 枚の中解像度画像を送信しました。微小流星体実験では 22 回の衝突が記録され、月付近の微小流星体の平均流量は惑星間空間よりも約 2 桁大きいものの、地球近傍環境よりもわずかに小さいことが示されました。放射線実験では、アポロのハードウェアの設計により、宇宙飛行士が太陽粒子イベントへの平均的および平均を超える短期的被曝から保護されることが確認されました。

有人宇宙飛行ネットワーク追跡ステーションとアポロ軌道決定プログラムを評価する追跡に月周回衛星を使用したことは成功し、1967 年 8 月から 10 月にかけて 3 機の月周回衛星 (2、3、5) が同時に追跡されました。月周回衛星は、その後のアポロ飛行に航行や通信の危険をもたらさないように、姿勢制御燃料がなくなる前にすべて月に衝突するよう最終的に命令されました。月周回衛星プログラムは、NASAラングレー研究センターによって管理され、総費用は約 2 億ドルでした。

5機の探査機のドップラー追跡により、月の重力場のマッピングが可能になり、月の海の一部（すべてではない）の中心に位置する質量集中部（マスコン）、または重力高値の発見が可能になりました。^[7]

以下は、5回の月探査機写真撮影ミッションの飛行ログ情報です。^[8]

• ルナ・オービター1号
  • 1966年8月10日発売
  • 撮影された月: 1966年8月18日～29日
  • 月への衝突: 1966年10月29日
  • アポロ着陸地点調査ミッション
• ルナ・オービター2号
  • 1966年11月6日発売
  • 撮影された月: 1966年11月18日から25日
  • 月への衝突: 1967年10月11日
  • アポロ着陸地点調査ミッション
• ルナ・オービター3号
  • 1967年2月5日発売
  • 撮影された月: 1967年2月15日から23日
  • 月への衝突: 1967年10月9日
  • アポロ着陸地点調査ミッション
• ルナ・オービター4号
  • 1967年5月4日発売
  • 撮影された月: 1967 年 5 月 11 日から 26 日
  • 月への衝突: 1967年10月31日頃
  • 月面地図作成ミッション
• ルナ・オービター5号
  • 1967年8月1日発売
  • 撮影された月: 1967年8月6日～18日
  • 月との衝突: 1968年1月31日
  • 月面地図作成と高解像度調査ミッション

月周回衛星の軌道写真は、オリジナルのフィルムを機内でスキャンして一連のストリップにした後、アナログデータとして地球に送信されました。データは磁気テープとフィルムに書き込まれました。フィルムデータは、月周回衛星のフレームの手作りモザイクを作成するために使用されました。各LO露出から2枚の写真が得られました。80 mm焦点距離レンズで記録された中解像度のフレームと、610 mm焦点距離レンズで記録された高解像度のフレームです。サイズが大きいため、HRフレームは3つのセクション、つまりサブフレームに分割されました。モザイクから大判プリント（16 x 20インチ（410 mm × 510 mm））が作成され、いくつかのコピーが米国中の地域惑星情報施設と呼ばれるNASAの画像およびデータライブラリに配布されました。得られた素晴らしい画像は、一般に非常に高い空間解像度を持ち、月面のかなりの部分をカバーしていましたが、「ベネチアン ブラインド」のような縞模様、データの欠落や重複、頻繁な飽和効果などの問題があり、使用に支障をきたしていました。長年にわたり、これらの画像は多くの月の科学研究の基礎となってきました。ルナ オービターの写真モザイクは、太陽の角度が低い場合から中程度の場合に取得されたため、月の地形の形態を研究するのに特に役立ちます。

ルナ・オービターの写真を掲載した地図帳や書籍がいくつか出版されている。おそらく最も決定的なものはボウカーとヒューズ（1971年）のもので、月面のほぼ全周をカバーした675枚の写真プレートが含まれている。データへの関心が高かったことと、この地図帳が絶版になっていたことから、月惑星研究所でルナ・オービターのデータの大判プリントをスキャンする作業が行われた。^[9] これらはデジタル・ルナ・オービター・フォトグラフィック・アトラス・オブ・ザ・ムーンとしてオンラインで公開された。^[10]

2000年、アリゾナ州フラッグスタッフにある米国地質調査所の天体地質学研究プログラムは、NASAの資金提供を受け（月探査機デジタル化プロジェクトの一環として、 Wayback Machineに2017-11-23にアーカイブ済み）、元のデータから作成されたアーカイブLOポジフィルムストリップを25マイクロメートルの解像度でスキャンしました。^[11] 目標は、入手可能な最良の月探査機フレーム（BowkerとHughes、1971とほぼ同じカバレッジ）を使用して、月のグローバルモザイクを作成することでした。フレームはスキャンされたフィルムストリップから構築され、デジタル的に構築され、幾何学的に制御され、元の写真フレームで目立っていた縞模様なしで地図投影されました。グローバルモザイクの構築に重点が置かれていたため、このプロジェクトでは、利用可能な月探査機の写真フレームの約15％しかスキャンされませんでした。^[12]

さらに、USGSのデジタル化プロジェクトでは、いくつかの「科学的に興味深い場所」について、非常に高解像度の月探査機の画像からフレームを作成しました。これらの場所は、アポロ着陸地点が選定されていた1960年代に特定されていました。アポロ12号着陸地点、マリウス丘陵、スルピキウス・ガルス・リルなどの場所のフレームが公開されています。^[13]

2007年、月探査機画像復元プロジェクト（LOIRP）は、月探査機の画像を、宇宙船のデータを収録したオリジナルのAmpex FR-900アナログビデオから直接デジタル画像形式に変換するプロセスを開始しました。この変更により、1960年代に公開されたオリジナルの画像に比べて解像度が大幅に向上しました。これらの復元された画像の最初のものは2008年後半に公開されました。^[14] 2014年2月時点で、月探査機の画像のほぼすべてが正常に復元され、NASAの惑星データシステム^{[アップデート]}に送信される前にデジタル処理が行われていました。^[15]

• 天体地質学研究プログラム
• 月探査機画像復元プロジェクト
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• ロバート・J・ヘルバーグ
• ノーマン・L・クラビル
• 月面上の人工物のリスト
• 月へのミッションのリスト

ウィキメディア・コモンズには、月探査機計画に関連するメディアがあります。

• BK Byers、1977 年、「DESTINATION MOON: 月探査機プログラムの歴史」(PDF)、NASA TM X-3487
• 目的地ムーン: 月周回衛星計画の歴史 (PDF) 1977、NASA TM X-3487
• DESTINATION MOON: 月探査機プログラムの歴史 (HTML) 2020-04-11 にWayback Machineでアーカイブ

上記のリンクは、Lunar Orbiter プログラムに関する書籍全体につながります。HTML 版の場合は、下にスクロールして目次リンクを参照してください。

• TP ハンセン、1970 年月周回衛星写真ガイド (PDF)、NASA SP-242
• 月周回衛星写真ガイド (PDF) 1970、NASA SP-242
• 月探査機、国立宇宙科学データセンター (NSSDC)
• 月周回衛星の宇宙飛行士
• 月探査：月探査機プログラム 月惑星研究所
• デジタル月探査機月の写真地図 月惑星研究所
• 月探査機写真ギャラリー 高解像度および中解像度の写真 2,600 枚以上
• 月周回衛星デジタル化プロジェクト 2017-11-23ウェイバックマシンにアーカイブUSGS 天体地質学科学センター
• 月探査機デジタル化フィルムプロジェクト USGS 天体地質学科学センター、NASA 惑星データシステムアーカイブ
• 月探査機画像回復プロジェクト (LOIRP) の概要
• 月周回衛星画像復元プロジェクト (LOIRP) オンライン データ ボリュームは、惑星データ システムのサーバーでホストされている月周回衛星データの最高品質のバージョンです。
• 月のクローズアップ: YouTubeの Lunar Orbiter の概要、1967 年の NASA ドキュメンタリー。
• ドナルド・D・ヴィール月探査機コレクション（航空博物館デジタルコレクション）
• ウィラード・P・ウィリアムズ月探査機写真コレクション（航空博物館デジタルコレクション）
• 航空博物館デジタルコレクションの LO (ルナ・オービター) のラッパ