КАПСУЛА
CORONA, «ЗЕНИТ» И ПЕРВЫЕ СПУТНИКИ-РАЗВЕДЧИКИ

В конце 1950-х годов США знали удивительно мало о советских ракетах и базах бомбардировщиков. Самолёт-разведчик U-2 начал полёты над СССР летом 1956 года, но лишь эпизодически: советские радары его сопровождали, каждый полёт грозил дипломатическим протестом, а каждый протест — новой паузой. 1 мая 1960 года советская ракета сбила Фрэнсиса Гэри Пауэрса под Свердловском, и полёты прекратились [1].

Выходом был спутник: в 1960 году достать его было нечем. ЦРУ и ВВС США вели программу совместно под кодовым названием CORONA, укрытым за открытым названием Discoverer («Дискаверер») — якобы серией технических и медико-биологических испытаний [1]. Её первый успешный полёт в августе 1960 года сфотографировал большую площадь Советского Союза, чем все предыдущие полёты U-2 вместе взятые [1].

Сработать должен был каждый шаг: ракета Thor с разгонным блоком Agena, выходящая на полярную орбиту; фотоаппарат, работающий в вакууме; капсула, которую нужно развернуть и закрутить; тормозной двигатель, включённый в нужный момент и в нужном направлении; теплозащитный экран; парашют. С февраля 1959 по июнь 1960 года было предпринято ровно двенадцать пусков. Восемь несли фотоаппараты; четыре из них не вышли на орбиту, на трёх отказала камера или плёнка, а восьмой потеряли из-за сбоя двигателей закрутки капсулы. Не вернулась ни одна капсула [1].

Серию прервал «Дискаверер-13» — диагностический полёт без камеры. Его капсула приводнилась примерно в 330 милях к северо-западу от Гавайев — вне досягаемости ждавших самолётов, — и корабль ВМС выловил её из воды 11 августа 1960 года: это был первый предмет, возвращённый с орбиты [1][6]. Через неделю стартовал «Дискаверер-14» с камерой. На 17-м витке капсула отделилась, её парашют раскрылся на высоте 60 000 футов, и 19 августа капитан Гарольд Митчелл на C-119 с позывным «Пеликан-9» зацепил её с третьего захода на высоте 8500 футов [1]. Орбита по пресс-релизу: наклонение 77,6°, 502 на 116 миль, 94,5 минуты [1].

Последовательность возвращения была такой: Agena наклонялась, нацеливая капсулу; капсула отделялась и закручивалась для устойчивости; тормозной двигатель замедлял её и переводил на нисходящую траекторию; вращение гасилось; корпус двигателя и теплозащитный экран отбрасывались; раскрывались сначала вытяжной, затем основной парашют [1]. Самолёт — сначала C-119, позже C-130 — пролетал над куполом, цеплял парашют или его стропы трапециевидным крюком и лебёдкой втягивал капсулу на борт. Если подхват не удавался, капсула держалась на воде достаточно долго, чтобы её подобрал вертолёт с корабля [1].

Трудность создавали два числа. Район поиска имел около 250 миль с севера на юг и тянулся примерно на 550 миль в каждую сторону от точки прицеливания с запада на восток; центр лежал примерно в 250 милях к югу от Гонолулу [1] — узкая полоса поперёк почти меридиональной трассы капсулы. А на испытательных сбросах парашюты, выдерживавшие вес капсулы, снижались со скоростью около 33 футов в секунду; экипажам нужно было около 20 футов в секунду, чтобы успеть сделать три-четыре захода [1]. Включите тормозной двигатель ниже: дальность полёта капсулы очень чувствительна к импульсу.

Все камеры CORONA имели фокусное расстояние 24 дюйма (609,6 мм) и были панорамными: объектив качался поперёк трассы примерно на 70°, прописывая на 70-миллиметровой плёнке полосу длиной 29,8 дюйма на каждый кадр [2][3][4]. Первые камеры несли объектив «Тессар» f/5; начиная с KH-3, объектив Пецваля f/3,5 убрал цветовое размытие, ограничивавшее длиннофокусный «Тессар» [4]. С KH-4 (1962) две камеры смотрели на 15° вперёд и на 15° назад, давая стереопары; KH-4A (1963) получил вторую капсулу с плёнкой; камера J-3 на KH-4B (1967) вращалась с постоянной скоростью [1][3][4]. Гриф секретности KEYHOLE («замочная скважина») дал версиям названия — от KH-1 до KH-4B [1].

История ЦРУ определяет разрешение на местности как «размер на земле наименьшего различимого изображения вместе с прилегающим промежутком» — одна тёмная линия и один светлый промежуток, то есть пара линий [1]. На плёнке пара линий имеет ширину 1/R миллиметра, если система «плёнка + объектив» различает R пар линий на миллиметр, а камера увеличивает её в H/f раз — во столько, во сколько высота больше фокусного расстояния. Архив USGS приводит лучшее разрешение каждой версии: от 40 футов (12,2 м) у KH-1 до 6 футов (1,8 м) у KH-4B [2]; запись Смитсоновского института об объективе Пецваля говорит «около двух метров» к 1972 году [5]. Опубликованные цифры расходятся, и все значения разрешения здесь стоит читать с этой оговоркой: во введении ЦРУ 1995 года для KH-2 и KH-3 указано «10 футов», а для KH-4B — «5 футов» [1], у Галиацатоса — 7,6 м для KH-2 и диапазоны вроде 1,8–7,6 м для KH-4B [3]. В справочнике везде используется список USGS, потому что в нём есть одно значение для каждой версии.

Ограничением никогда не был объектив. При f/3,5 объектив 609,6 мм имеет апертуру 174 мм, и его дифракционный предел на плёнке — около 380 пар линий на мм, более чем вдвое выше того, что записывала плёнка KH-4B. Реальную цифру задавали плёнка, смаз изображения от камеры, летящей почти 8 км/с, дымка и низкий контраст. Для KH-1 простая формула для плёнки даёт лишь половину опубликованных 40 футов. Источники не объясняют почему. Вероятные причины: ранняя камера компенсировала сдвиг изображения только для одной заданной высоты, и летала первая плёнка на ацетатной основе [4]; один «Тессар» этого не объясняет — у KH-2 был тот же объектив, а он гораздо ближе к модели.

Панорамная камера жертвует геометрией ради охвата. Качание объектива на 35° в каждую сторону от надира с высоты 150 км охватывает полосу шириной больше 200 км, но на краях качания земля дальше и видна под углом, поэтому детали поперёк трассы растягиваются примерно в 1/cos²θ раз — в полтора раза при 35°. Размер кадра в архиве USGS, 70 мм × 29,8 дюйма, одинаков для всех версий [2]; попробуйте качание ниже.

Разрешение на местности пропорционально высоте, поэтому самый дешёвый способ сделать камеру резче — опустить её ниже. CORONA так и делала: аппараты проходили над районами съёмки с довольно низким перигеем, чтобы увеличить масштаб снимков, и «это приводило к относительно быстрому снижению орбиты». Поздние аппараты несли небольшие твердотопливные двигатели — компенсаторы торможения (drag make-up units), которые включали по одному, чтобы восстановить орбиту [1]. Наименьшие высоты в таблице снижаются от 192 км у KH-1 до 150 км у KH-4B, а длительность полёта выросла с одних суток до 19 [3].

Прибор ниже берёт камеру KH-4B (609,6 мм, 160 пар линий/мм) и позволяет выбрать орбиту. Плотность воздуха около 150 км примерно в восемь раз больше, чем на 200 км, и в сто раз больше, чем на 300 км [16], поэтому несколько десятков километров перигея меняют срок жизни орбиты без двигателей с недель на часы. Баллистический коэффициент аппарата — допущение, которое можно менять; важна тенденция, а не точное число суток.

Советский спутник-разведчик был собран из тех же частей, что и корабль Юрия Гагарина. «Зенит-2» использовал приборный отсек «Востока» и сферический спускаемый аппарат диаметром 2,3 м и массой около 2400 кг — только вместо космонавта в шаре находились фотоаппараты, плёнка, радиомаяки, парашюты и заряд самоликвидации, в герметичном объёме с поддержанием температуры [9][10]. Шар целиком возвращался на парашюте на советскую территорию, поэтому фотоаппараты можно было использовать повторно. (О пилотируемом варианте — справочник о «Востоке» и «Восходе».)

Первый пуск 11 декабря 1961 года закончился аварией; «Космос-4», запущенный 26 апреля 1962 года, стал первым «Зенитом» на орбите и приземлился 29 апреля, хотя сбой системы ориентации испортил большую часть работы; «Космос-7», запущенный 28 июля 1962 года, стал первым полностью успешным [9][11][12]. «Зенит-2» нёс длиннофокусные фотоаппараты с объективами 1000 мм и топографический аппарат с фокусом 200 мм (источники расходятся: по русской Википедии — сначала два, позже три, по английской — четыре на большинстве полётов); обычно называют разрешение на местности около 10–15 м, а для лучших кадров приводят и лучшие цифры [9][10]. Серия «Зенит-2» насчитывает 81 пуск [10][12], а семейство летало до 1994 года [9].

145-я и последняя CORONA стартовала в мае 1972 года; её последнюю капсулу подобрали 31 мая 1972 года — это было 165-е возвращение в программе, больше, чем во всех остальных американских программах возвращения вместе взятых [1]. Возврат плёнки означал задержку от нескольких дней до нескольких недель. 19 декабря 1976 года НРУ (NRO) запустило KENNEN (KH-11) — свой первый спутник оптико-электронной съёмки, передававший изображения по радио почти в реальном времени [7]; позднее NRO рассекретило тысячи документов об этом переходе — «От капсул к битам» («From Buckets to Bits», 2021) [8]. О более поздних и нынешних системах здесь ничего не предполагается.

22 февраля 1995 года президент Клинтон подписал указ 12951, рассекретивший более 800 000 ранних спутниковых снимков CORONA и её недолговечных родственников ARGON и LANYARD; через два дня вице-президент Гор представил первые фотографии [1]. Сейчас архив USGS хранит более 860 000 снимков 1960–1972 годов [2]. Поскольку на них виден мир до современных плотин, орошения и разрастания городов, они стали научными данными: атлас 2014 года, построенный на них, обнаружил около 10 000 ранее неизвестных археологических памятников на Ближнем Востоке [14], а стереопары KH-4 1962 года показали, что площадь льда у ледников Кхумбу возле Эвереста к 2005 году сократилась примерно на 5 % [15].