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Die Fernsehkameras bei Apollo

Ursprünglich war geplant, dass die Mondlandungen nur mit Filmkameras fest­gehalten wurden. Filmkameras mit 16 mm Film wurden auch mitgeführt und machten z. B. die Aufnahmen bei der Landung und beim Start vom Lunar Module aus.

Maxime Faget, schon seit dem Mercuryprogramm Designer von Raumschiffen sprach sich frühzeitig für TV-Kameras an Bord von Apollo aus. Er hielt es für unvorstellbar, wenn bei einem solchen Ereignis die "Zuschauer" die Mondlandung nur über die Tonverbindung verfolgen konnten und erst, wenn die Besatzung wieder auf der Erde angekommen und die Filme entwickelt sind, es Filmaufnahmen gäbe. Das kam auch einmal vor: Bei Apollo 12 wurde die Bildröhre beschädigt, als die Kamera auf die als die Kamera auf die Sonne oder ihre Reflexion auf dem Lunar Module gerichtet wurde, und fiel aus. Von nun an konnten die Zuschauer nur noch dem Ton folgen. Dieses Vorkommnis wird auch für das geringe Publikumsinteresse beim Start von Apollo 13 zurückgeführt. Die TV-Ausstrahlungen aus dem Raumschiff wurden sogar nicht mehr live im Fernsehen ausgestrahlt. Die erste Kamera wurde schon bei Apollo 7 eingesetzt, auch wenn Kommandant Walter Schirra gegen die Kamera war.

Es gab zwei Kameras. Die erste Kamera, die erstmals bei Apollo 7 eingesetzt wurde eine Schwarz-Weiß Kamera. Sie wurde in verbesserter Form auch auf der Mondoberfläche bei Apollo 11 eingesetzt. Ihr folgte eine Farbkamera, die ab Apollo 12 auch auf der Mondoberfläche eingesetzt wurde.

Der Auftrag für die Schwarz-Weißkamera wurde 1962 vergeben. Es wurde zuerst eine Kamera nur für den Einsatz im Kommandomodul entwickelt. Geplant war der Einsatz bei den Block I Flügen im Erdorbit. Später aus dieser Kamera eine, die für Außeneinsätze geeignet war, entwickelt.

Die Schwarz-Weißkamera litt von vorneherein unter einem Manko: Sie bekam für ihr analoges Videosignal nur eine Bandbreite von 0,4 MHz im S-Band zubewilligt. Kommerzielles Fernsehen in den USA hatte eine Bandbreite von 5 MHz. Damit mussten Auflösung und Framerate (Anzahl der Bilder pro Sekunde) reduziert werden.

Man orientierte sich nach den amerikanischen NTSC-Standards, die 262,5 Zeilen 60-mal pro Sekunde übertrugen, wobei zwei Frames zusammen 525 Vollbilder 30-mal pro Sekunde ergaben.

Die Framerate wurde bei der Schwarz-Weißkamera auf 10 Bilder pro Sekunde reduziert, die Zeilenanzahl auf 320 Zeilen. Diese erste Kamera von RCA wurde bei Apollo 7 und 8 ein­gesetzt. Sie war aber noch nicht ausgelegt, um auf dem Mond zu funktionieren. Sie hatte eine feste Linse und es fehlte der Sucher, was oft zu fehlorientierten Bildern bei diesen Missionen führte. Die Bodenkontrolle ermahnte dann die Astronauten, die Ausrichtung zu korrigieren.

Die "Mondtauglichkeit" im Vakuum und unter extremen Temperaturschwankungen sollte ein zweites Modell von Westinghouse leisten, das ab Apollo 9 im Command Module und bei Apollo 11 auch auf dem Mond eingesetzt wurde. Sie wurde zwei Jahre später entwickelt. Der Auftrag wurde im Oktober 1964 vergeben. Sie hatte, wie die Farbkamera von RCA ein Bajonett bei dem man die Linsen auswechseln konnte. Zusätzlich zu dem TV-Modus konnte man das Bild auch in höherer Auflösung (1280 Zeilen) mit einer niedrigen Framerate (0,625 Frames/s) auslesen. Der Nachteil dieses zusätzlichen Modus war, dass man eine Technologie verwenden musste, die ein Bild lange halten konnte. Das waren Sekundärelektronenvervielfacher, wie sie auch in Nachtsichtgeräten eingesetzt werden. Das erzeugte die von der Apollo 11 von der Mondlandung bekannten Geisterbilder.

Schon mit der nächsten Apollomission, Apollo 12 sollte die Farbkamera eingesetzt werden, doch da Alan Bean sie 42 Minuten nach Beginn der ersten EVA versehentlich auf die Sonne richtete und sie danach kein Bild mehr lieferte, flog die Lunar S/W Kamera als Backup für einen Ausfall bei den Missionen Apollo 13 bis 16 mit, denn sie war lichtempfindlicher.

Für Apollo Block II wurde eine Farbkamera entwickelt. Farbfernsehen war damals noch ganz neu. In Deutschland wurde es 1968 eingeführt, in den USA schon 1954, jedoch war selbst als Apollo startete, die Ausstrahlung in Farbe die Ausnahme, erst 1972 wurden in den USA mehr Farb- als Schwarzweißfernseher verkauft.

Damals wurde in kommerziellem Fernsehen ein Farbbild erzeugt, indem in einer Kamera es drei Aufnahmeröhren empfindlich für Rot, Grün und Blau gab. Das machte die Kameras schwer und unhandlich. Dieses System war für Apollo nicht brauchbar. Man besann sich auf ein anderes Verfahren, das darauf basierte, dass vor einer einzelnen Vidiconröhre ein Filterrad angebracht war. Es war mit sechs Filtern bestückt je zwei in Rot, grün und blau, wobei sich die Filter immer abwechselten.

Bei Apollo rotierte das Rad mit 10 Hz, es erzeugte so pro Umdrehung sechs Bilder in drei Farben. So kam man mit einer Röhre aus. Allerdings hatten diese Bilder einen Nachteil: Sie wurden nacheinander übertragen und nicht wie beim NTSC-Verfahren gleichzeitig. Zudem betrug die Framerate 20 Hz anstatt 30 Hz. (20 Hz, da nach einer halben Umdrehung die ersten drei Filter für jede Grundfarbe vor der Röhre vorbeigezogen waren.

Die Farbkamera bekam aufgrund der schlechten Bildqualität bei dem engbandigen S/W-Kamera mehr Bandbreite zugebilligt - 4 MHz, auch wenn sie sich diese mit anderen Daten teilen musste, sodass es netto etwa 2 bis 3 MHz waren. Das ermöglichte eine höhere Framerate. Die Zeilenzahl blieb bei 200. Doch da diese vollständige Zeilen und nicht Halbzeilen wie beim NTSC-Verfahren waren, ist die Zeilenzahl nicht mit den 525 Halbzeilen des NTSC-Verfahren direkt zu vergleichen.

Aufwendig war die Verarbeitung der Signale an den Bodenstationen, da sie nicht dem NTSC-Standard gehorchten. Die digitale Verarbeitung von Videosignalen in Realzeit lag noch 30 Jahre in der Zukunft, sodass alles analog erfolgen musste. Zuerst war da das Problem der Doppelverschiebung. Der Dopplereffekt ist eine Frequenzverschiebung, wenn ein Signal sich relativ zum Empfänger bewegt. Im täglichen Leben kennt man das von Sirenen von Krankenwagen, die bei Annäherung höher als beim Wegfahren klingen. Bedingt durch die Bewegung des Raumschiffs relativ zur Erde verschoben sich die Frequenzen und diese Verschiebung, war nicht konstant. Die Lösung war es, die Signale auf einem Magnetbandabspielgerät aufzuzeichnen. Es gab zwei Abspielgeräte, die miteinander verbunden waren. Beim ersten Gerät wurden die Signale wie sie einkamen aufgezeichnet. Das Band wurde dann aber nicht auf eine zweite Spule umgespult, sondern an das zweite Magnet­bandgerät weitergegeben, wo es die Quellspule ersetzte. Beim zweiten Magnet­bandgerät wurde das Band erneut ausgelesen, wobei die Synchronisationsimpulse auf die richtigen Frequenzen gesetzt wurden. Sie stammten aus den Zeitgebern der Elektronik des Bandes. Die Synchronisationsimpulse sorgten beim analogen Fernsehen dafür, dass am Ende einer Zeile der Elektronenstrahl eine neue Zeile anfing.

Das nächste Problem war die niedrige Framerate und die vom NTSC-Standard abweichende Übertragung der Farbbilder. Dazu wurde ein Magnetdiscrekorder eingesetzt, ein Gerät ähnlich einem Plattenlaufwerk für Computer, das aber die Signale analog speicherte. Es rotierte mit 3600 U/Min, sodass eine Umdrehung genau 1/60 s dauerte, die Zeit in der ein Farbframe übertragen wurde. Mit sechs Schreibköpfen wurde nacheinander jeweils ein Farbframe auf eine von sechs Spuren übertragen, die nach 1/10 Sekunde je zwei Grün-, Rot- und Blaubilder aufgezeichnet hatten. Sechs weitere Leseköpfe lasen dann diese Frames synchron aus und kombinierten sie zu einem Farbbild.

Auch bei der Schwarzweißkamera war die Aufarbeitung problematisch. Immerhin musste man hier nicht das Farbbild restaurieren. Die Lösung bestand darin, dass man das Bild, dass die Kamera erzeugte, in korrekter Auflösung und Framerate auf einem Monitor in der Empfangsstation darstellte. Eine Videokamera, die NTSC-Bilder lieferte, wurde auf diesen Monitor gerichtet und filmte ihn ab. Um Flimmern zu vermeiden weil die Videokamera mit 60 Frames/s, die Darstellung aber mit 10 Frames/s arbeitete, wurde nur jeder sechste Frame der Videokamera ausgelesen, auf einem Diskrecorder zwischengespeichert und nach einem gespeicherten Frame wurde er jeweils fünfmal im Abstand 1/60 s ausgelesen und übertragen.

Diese Technik sorgte für zusätzliche Artefakte, die zu denen der langen Auslesezeit bei der Kamera vorkamen. Es litt der Kontrast und vor allem entstanden durch diese Aufbereitung die Geisterbilder, wenn sich die Astronauten vor der Kamera bewegten. Bei Zuschauern in Europa kam noch die Wandlung von NTSC Signalen in PAL oder SECAM-Signalen hinzu, die mit anderen Auflösungen und Bildraten arbeiteten. Auch hier filmte man mit einer PAL-Fernsehkamera das Bild eines NTSC-Monitors ab.

Die erste Version der Farbkamera hatte Probleme mit der Belichtungssteuerung. Regelmäßig wurde das Bild zu hell dargestellt. Astronauten in ihren hellen Anzügen erschienen strahlend weiß, Pixel liefen aus, sodass auf den Anzügen keinerlei Details mehr erkennbar waren. Bei der nächsten Generation, die beweglich sein sollte. Besserte man daher nach, auch wenn die grundlegenden technischen Parameter unverändert blieben. Ab Apollo 15 wurde die erste Generation der Farbkameras nur noch im Kommandomodul eingesetzt und die Zweite dann auf der Mondoberfläche.

Die Kameras im Raumfahrzeug waren beweglich. Ein Astronaut konnte Kameramann sein. Man konnte sie aber auch fest an der Wand anbringen. Auf der Mondoberfläche sollten die Astronauten vor allem Forschung betreiben und Gesteinsproben sammeln, nicht die Kamera bedienen. Die Kamera war daher zuerst am Mondlander angebracht worden mit einem Blick auf die Leiter. Dabei stand sie auf dem Kopf. Später wurde sie auf ein Gestell mit Dreibein montiert, dass die Astronauten so aufstellten, dass es möglichst die ganze Szene zeigte. Da sie dafür in die aufrechte Position gedreht wurde, gab es bei der Bedienkontrolle in der Missionsüberwachung, einen Schalter der, wenn er umgelegt wurde, das Bild um 180 Grad drehte.

Bei den J-Missionen war die Kamera am Mondmobil montiert und konnte auch von der Bodenkontrolle ferngesteuert geschwenkt werden. Den Strom dafür lieferte das Mondmobil. Sie konnte gesteuert werden, wenn das Fahrzeug nicht in Be­wegung war. So nahm man bei den letzten Missionen auch den Rückstart vom Mond aus. Die Bodenkontrolle musste die Kamera dabei "blind" steuern - bedingt durch die Signallaufzeit von 1,5 Sekunden von der Erde zum Mond war das Bild, das sie sahen, 1,5 Sekunden alt und auf eine Bewegung reagierte die Kamera erst nach weiteren 1,5 Sekunden. Sie mussten also bei T-3 s die Kamera nach oben schwenken dorthin, wo sie den Mondlander erwarteten, obwohl er auf dem Bild noch am Boden verharrte. Das gelang ihnen bei den Missionen zunehmend besser.

Die zweite Version hatte auch eine Schaltung zur Korrektur des Gammas, was das "Auslaufen" bei hellen Flächen reduzierte und setzte einen anderen Sensortyp ein. Er hatte auch eine etwas höhere theoretische Auflösung von 600 anstatt 525 Zeilen. Diese war aber nur theoretischer Natur, da beide Kameras nur 200 Zeilen pro Sekunde übertrugen. Ebenso hatte man der Kamera noch mehr Bandbreite, bis zu 5 MHz eingeräumt. Die zweite Kamera wurde wieder von RCA gefertigt, nachdem Alan Bean die Kamera bei der Apollo 12 Mission beschädigt hatte. TCA verwandte einen weniger durch direkte Sonneneinstrahlung beschädigbaren Sensor und montierte einen Schutzschirm über die Kamera. Das Prinzip der 6 Farbfilter und die Auflösung wurden aber beibehalten, damit man das schon angeschaffte Equipment für die Konvertierung in NTSC nutzen konnte.

Da sich die Technologie bewährt hatte, setzte man Kameras nach dem gleichen Prinzip auch bei Skylab und der Apollo Sojus Testmission ein.

Artikel erstellt am 23.7.2019, Artikel zuletzt bearbeitet am 23.7.2019

Bücher vom Autor

Es gibt von mir vier Bücher zum Thema bemannte Raumfahrt. Alle Bücher beschäftigen vor allem mit der Technik, die Missionen kommen nicht zu kurz, stehen aber nicht wie bei anderen Büchern über bemannte Raumfahrt im Vordergrund.

Das erste bemannte Raumfahrtprogramm der USA, das Mercuryprogramm begann schon vor Gründung der NASA und jährt sich 2018 zum 60-sten Mal. Das war für mich der Anlass, ein umfangreiches (368 Seiten) langes Buch zu schreiben, das alle Aspekte dieses Programms abdeckt. Der Bogen ist daher breit gestreut. Es beginnt mit der Geschichte der bemannten Raumfahrt in den USA nach dem Zweiten Weltkrieg. Es kommt dann eine ausführliche technische Beschreibung des Raumschiffs (vor 1962: Kapsel). Dem schließt sich ein analoges Kapitel über die Technik der eingesetzten Träger Redstone, Little Joe und Atlas an. Ein Blick auf Wostok und ein Vergleich Mercury bildet das dritte Kapitel. Der menschliche Faktor - die Astronautenauswahl, das Training aber auch das Schicksal nach den Mercurymissionen bildet das fünfte Kapitel. Das sechs befasst sich mit der Infrastruktur wie Mercurykontrollzentrum, Tracking-Netzwerk und Trainern. Das umfangreichste Kapitel, das fast ein Drittel des Buchs ausmacht sind natürlich die Missionsbeschreibungen. Abgeschlossen wird das Buch durch eine Nachbetrachtung und einen Vergleich mit dem laufenden CCDev Programm. Dazu kommt wie in jedem meiner Bücher ein Abkürzungsverzeichnis, Literaturverzeichnis und empfehlenswerte Literatur. Mit 368 Seiten, rund 50 Tabellen und 120 Abbildungen ist es das bisher umfangreichste Buch von mir über bemannte Raumfahrt.

Mein erstes Buch, Das Gemini Programm: Technik und Geschichte gibt es mittlerweile in der dritten, erweiterten Auflage. "erweitert" bezieht sich auf die erste Auflage die nur 68 Seiten stark war. Trotzdem ist mit 144 Seiten die dritte Auflage immer noch kompakt. Sie enthält trotzdem das wichtigste über das Programm, eine Kurzbeschreibung aller Missionen und einen Ausblick auf die Pläne mit Gemini Raumschiffen den Mond zu umrunden und für eine militärische Nutzung im Rahmen des "Blue Gemini" und MOL Programms. Es ist für alle zu empfehlen die sich kurz und kompakt über dieses heute weitgehend verdrängte Programm informieren wollen.

Mein zweites Buch, Das ATV und die Versorgung der ISS: Die Versorgungssysteme der Raumstation , das ebenfalls in einer aktualisierten und erweiterten Auflage erschienen ist, beschäftigt sich mit einem sehr speziellen Thema: Der Versorgung des Raumstation, besonders mit dem europäischen Beitrag dem ATV. Dieser Transporter ist nicht nur das größte jemals in Europa gebaute Raumschiff (und der leistungsfähigste Versorger der ISS), es ist auch ein technisch anspruchsvolles und das vielseitigste Transportfahrzeug. Darüber hinaus werden die anderen Versorgungsschiffe (Space Shuttle/MPLM, Sojus, Progress, HTV, Cygnus und Dragon besprochen. Die erfolgreiche Mission des ersten ATV Jules Verne wird nochmals lebendig und ein Ausblick auf die folgenden wird gegeben. Den Abschluss bildet ein Kapitel über Ausbaupläne und Möglichkeiten des Raumfrachters bis hin zu einem eigenständigen Zugang zum Weltraum. Die dritte und finale Auflage enthält nun die Details aller Flüge der fünf gestarteten ATV.

Das Buch Die ISS: Geschichte und Technik der Internationalen Raumstation ist eine kompakte Einführung in die ISS. Es wird sowohl die Geschichte der Raumstation wie auch die einzelnen Module besprochen. Wie der Titel verrät liegt das Hauptaugenmerk auf der Technik. Die Funktion jedes Moduls wird erläutert. Zahlreiche Tabellen nehmen die technischen Daten auf. Besonderes Augenmerk liegt auf den Problemen bei den Aufbau der ISS. Den ausufernden Kosten, den Folgen der Columbia Katastrophe und der Einstellungsbeschluss unter der Präsidentschaft von George W. Bush. Angerissen werden die vorhandenen und geplanten Transportsysteme und die Forschung an Bord der Station.

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Die zweite Auflage ist rund 80 Seiten dicker als die erste und enthält eine kurze Geschichte der Raumstationen, die wesentlichen Ereignisse von 2010 bis 2015, eine eingehendere Diskussion über die Forschung und Sinn und Zweck der Raumstation sowie ein ausführliches Kapitel über die Versorgungsraumschiffe zusätzlich.

Das bisher letzte Buch Skylab: Amerikas einzige Raumstation ist mein bisher umfangreichstes im Themenbereich bemannte Raumfahrt. Die Raumstation wurde als einziges vieler ambitioniertes Apollonachfolgeprojekte umgesetzt. Beschrieben wird im Detail ihre Projektgeschichte, den Aufbau der Module und die durchgeführten Experimente. Die Missionen und die Dramatik der Rettung werden nochmals lebendig, genauso wie die Bemühungen die Raumstation Ende der siebziger Jahre vor dem Verglühen zu bewahren und die Bestrebungen sie nicht über Land niedergehen zu lasen. Abgerundet wird das Buch mit den Plänen für das zweite Flugexemplar Skylab B und ein Vergleich mit der Architektur der ISS. Es ist mein umfangreichstes Buch zum Thema bemannte Raumfahrt. Im Mai 2016 erschien es nach Auslaufen des Erstvertrages neu, der Inhalt ist derselbe (es gab seitdem keine neuen Erkenntnisse über die Station), aber es ist durch gesunkene Druckkosten 5 Euro billiger.

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