Những bức ảnh từ một cuộc đổ bộ lên mặt trăng mô phỏng, không được thiết kế để đánh lừa bất kỳ ai tin vào một thứ giả mạo mà thay vào đó là để cung cấp một tài liệu tham khảo để đảm bảo rằng chúng ta có thể có được những hình ảnh video tốt nhất có thể khi các phi hành gia cuối cùng cũng quay trở lại mặt trăng, đã được Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) công bố.
Khi Neil Armstrong trèo xuống tàu đổ bộ Eagle để thực hiện "một bước nhảy vọt vĩ đại" của mình vào năm 1969, hình ảnh đó đã được ghi lại bằng một truyền hình quét chậm đen trắng (SSTV) với độ phân giải chỉ 320 dòng và 10 khung hình mỗi giây. Quá trình truyền, được truyền trở lại qua Mạng Không gian Sâu của NASA, rất sơ sài, bị ảnh hưởng bởi bóng ma và độ tương phản kém. Băng thông khả dụng từ 900 đến 1.000 kiloHertz không đủ để truyền màu. Mọi thứ được cải thiện đôi chút với Apollo 12, có băng thông rộng hơn từ 2 đến 3 megaHertz cho phép quay cảnh màu — ít nhất là cho đến khi máy quay vô tình hướng về phía mặt trời, cường độ mặt trời làm hỏng ống chân không của nó.
Sắp tới, các sứ mệnh lên mặt trăng có người lái Artemis của NASA sẽ bay bằng máy quay màu độ nét cao và độ nét cực cao với tốc độ khung hình lên tới 60 khung hình mỗi giây. Nhưng mặc dù công nghệ đã được cải thiện đáng kể kể từ năm 1969, vẫn còn nhiều thách thức để ghi lại thành công cảnh hạ cánh trên mặt trăng bằng video. Băng thông vẫn là một trong những thách thức này, cũng như độ trễ tín hiệu 1,3 giây từ mặt trăng, xử lý ánh sáng mặt trời chói chang phản chiếu mạnh từ bề mặt mặt trăng và bụi mặt trăng dường như có thể tìm đường vào mọi ngóc ngách.
Do đó, việc chụp ảnh chi tiết và quay video các hoạt động trên bề mặt Mặt Trăng và truyền chúng trở lại Trái Đất, tất cả đều nằm trong giới hạn của những thách thức này, là một kỹ năng cần có. Chúng ta vẫn chưa thể chỉ cần đến Mặt Trăng để thực hành, vì vậy, điều tốt nhất tiếp theo là mô phỏng môi trường của Mặt Trăng ở đâu đó trên Trái Đất.
Thật vậy, đây chính là mục đích của cơ sở LUNA ở Cologne, Đức, một dự án chung giữa ESA và Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (được biết đến với tên viết tắt tiếng Đức là DLR). Ý tưởng là tạo ra một môi trường Mặt Trăng thực tế nhất có thể để thử nghiệm tàu đổ bộ rô-bốt, đào tạo phi hành gia và thực hành với thiết bị — bao gồm, trong trường hợp này là máy ảnh.
Vì mục đích đó, các chuyên gia hình ảnh từ Ủy ban tư vấn về hệ thống dữ liệu không gian (CCSDS), có sự tham gia của đại diện từ 28 quốc gia, đã họp tại LUNA để thực hành chụp ảnh các phi hành gia đang chơi trò nhập vai trong môi trường Mặt Trăng mô phỏng.
Dành thời gian tại LUNA đã mang đến cho chuyên gia hình ảnh Melanie Cowan, đại diện của ESA trong nhóm Nhóm công tác ứng dụng và hình ảnh chuyển động của CCSDS, "một cái nhìn thoáng qua về những gì có thể xảy ra trên Mặt Trăng", bà cho biết trong tuyên bố. "Người ta không thể đến gần hơn với thực tế. Đó là một trải nghiệm đặc biệt và đầy thử thách khi quay phim và chụp ảnh trong môi trường siêu thực này."
Thật vậy, mặt trăng giả này thực tế đến mức Cowan và các chuyên gia hình ảnh khác phải mặc quần áo bảo hộ để tránh hít phải bụi mặt trăng mô phỏng, hoặc bám vào tóc hoặc quần áo của họ. Bụi có thể là vấn đề lớn đối với các phi hành gia dành nhiều thời gian trên bề mặt; nó rất mịn đến mức có thể bám vào khắp mọi nơi, dính vào bề mặt và có khả năng làm tắc nghẽn thiết bị.
Vì vậy, mặc quần áo bảo hộ gợi nhớ đến bộ đồ bảo hộ từ đầu đến chân được sử dụng trong phòng sạch, các chuyên gia hình ảnh đã ghi lại cảnh quay các phi hành gia hạ cánh từ tàu đổ bộ mặt trăng giả, khám phá bề mặt và thậm chí chụp ảnh tự sướng — điều mà Neil Armstrong có thể ước mình có cơ hội làm. (Có rất ít hình ảnh về Armstrong trên mặt trăng, vì ông đã mang theo máy ảnh Hasselblad trong hầu hết chuyến đi bộ lịch sử trên mặt trăng của mình và Buzz Aldrin.) Mục đích đằng sau việc chụp ảnh tự sướng là để xem có thể chụp được bao nhiêu chi tiết trong hình ảnh phản chiếu trên tấm che mũ bảo hiểm của phi hành gia.
Hình ảnh và video thu được dự định sẽ được sử dụng làm tệp tham chiếu cho bản gốc, để các phi hành gia và kỹ thuật viên hình ảnh có thể hiểu rõ hơn về cài đặt máy ảnh cần sử dụng và kích thước của tệp hình ảnh hoặc video thu được khi truyền đi.
"Những nỗ lực này sẽ giúp các cơ quan và công ty tạo ra sự thật cơ bản cho các ứng dụng và thiết bị video", Falk Schiffner, đại diện của DLR trong Nhóm làm việc về ứng dụng và hình ảnh chuyển động của CCSDS, cho biết. "Các hoạt động để cải thiện chất lượng video không chỉ hướng đến hình ảnh mặt trăng mà còn hướng đến tất cả các truyền dẫn không gian."
Việc ghi lại những cảnh quay đẹp trên mặt trăng không dễ như trên Trái đất. Một lý do là vì không có bầu khí quyển đáng kể nào trên mặt trăng để phân tán ánh sáng mặt trời, nên độ tương phản giữa các khu vực được mặt trời chiếu sáng trực tiếp và các khu vực trong bóng tối có thể dẫn đến các khu vực ánh sáng ban ngày bị phơi sáng quá mức và các khu vực hoàn toàn bị bóng tối. Và việc mặt trời mọc và lặn chậm trong khoảng thời gian hai tuần từ bất kỳ vị trí nào cũng dẫn đến các điều kiện thay đổi chậm. Để tái tạo tất cả những điều này tại cơ sở LUNA, cần phải thử nghiệm rất nhiều với góc máy quay và ánh sáng.
"Chúng tôi đã thử các trình mô phỏng mặt trời và các kỹ thuật khác nhau để tái tạo ánh sáng của mặt trời trên mặt trăng", Cowan cho biết. "Chúng tôi đã nghiên cứu tác động của bóng tối từ các tảng đá và bên trong các hố va chạm. Các thử nghiệm ban đầu cho thấy video HDR sẽ cung cấp nhiều chi tiết hơn ở các khu vực có bóng tối trên bề mặt Mặt Trăng."
Các bài viết liên quan:
— Cơ quan Vũ trụ Châu Âu: Sự thật & thông tin
— Apollo 11: Những người đàn ông đầu tiên đặt chân lên mặt trăng
— Chương trình Artemis của NASA: Mọi thứ bạn cần biết
HDR là viết tắt của "dải động cao", có thể cải thiện đáng kể tỷ lệ tương phản của hình ảnh hoặc tăng cường màu sắc của hình ảnh. Nhà sản xuất máy ảnh Nikon đã hợp tác với NASA để phát triển máy ảnh Nikon Z9 đã được sửa đổi để các phi hành gia sử dụng nếu họ hạ cánh trên mặt trăng như một phần của sứ mệnh Artemis 3 cuối cùng. Nikon Z9 sở hữu cả khả năng HDR và UHD (độ phân giải cực cao) sẽ rất cần thiết để sử dụng trong bối cảnh mặt trăng kỳ lạ và khắc nghiệt.
Mang một máy quay video UHD 8K lên mặt trăng là một chuyện, nhưng việc truyền tất cả dữ liệu đó trở lại Trái đất trong một buổi phát trực tiếp (hoặc trực tiếp nhất có thể với độ trễ 1,3 giây) có những hạn chế về băng thông khả dụng. Đặc biệt, cảnh quay có nhiều chuyển động được gọi là "kẻ giết chết bộ mã hóa" vì nó làm tăng tốc độ dữ liệu lên rất nhiều. Trên thực tế, việc truyền dữ liệu từ mặt trăng sẽ được nén lại, giống như cách nó đã làm với Trạm vũ trụ quốc tế, ví dụ, nhưng ngay cả khi đó, chúng ta vẫn phải tìm ra các phương pháp để nén toàn bộ dữ liệu vào băng thông khả dụng mà không làm mất quá nhiều dữ liệu.
Sáng kiến Moonlight của ESA có thể sớm nhận được sự trợ giúp, sáng kiến này có kế hoạch phóng một chòm sao gồm năm vệ tinh vào quỹ đạo quanh mặt trăng. Bốn trong số các tàu vũ trụ này sẽ hỗ trợ các sứ mệnh trong tương lai về mặt định vị, và tàu vũ trụ còn lại sẽ cung cấp thông tin liên lạc tốc độ dữ liệu cao giữa bề mặt mặt trăng, tàu vũ trụ trên quỹ đạo mặt trăng hoặc đang di chuyển đến mặt trăng và các trạm mặt đất trên Trái đất. Mục đích là để Moonlight hoạt động hoàn toàn vào năm 2030.
Khi Neil Armstrong trèo xuống tàu đổ bộ Eagle để thực hiện "một bước nhảy vọt vĩ đại" của mình vào năm 1969, hình ảnh đó đã được ghi lại bằng một truyền hình quét chậm đen trắng (SSTV) với độ phân giải chỉ 320 dòng và 10 khung hình mỗi giây. Quá trình truyền, được truyền trở lại qua Mạng Không gian Sâu của NASA, rất sơ sài, bị ảnh hưởng bởi bóng ma và độ tương phản kém. Băng thông khả dụng từ 900 đến 1.000 kiloHertz không đủ để truyền màu. Mọi thứ được cải thiện đôi chút với Apollo 12, có băng thông rộng hơn từ 2 đến 3 megaHertz cho phép quay cảnh màu — ít nhất là cho đến khi máy quay vô tình hướng về phía mặt trời, cường độ mặt trời làm hỏng ống chân không của nó.
Sắp tới, các sứ mệnh lên mặt trăng có người lái Artemis của NASA sẽ bay bằng máy quay màu độ nét cao và độ nét cực cao với tốc độ khung hình lên tới 60 khung hình mỗi giây. Nhưng mặc dù công nghệ đã được cải thiện đáng kể kể từ năm 1969, vẫn còn nhiều thách thức để ghi lại thành công cảnh hạ cánh trên mặt trăng bằng video. Băng thông vẫn là một trong những thách thức này, cũng như độ trễ tín hiệu 1,3 giây từ mặt trăng, xử lý ánh sáng mặt trời chói chang phản chiếu mạnh từ bề mặt mặt trăng và bụi mặt trăng dường như có thể tìm đường vào mọi ngóc ngách.
Do đó, việc chụp ảnh chi tiết và quay video các hoạt động trên bề mặt Mặt Trăng và truyền chúng trở lại Trái Đất, tất cả đều nằm trong giới hạn của những thách thức này, là một kỹ năng cần có. Chúng ta vẫn chưa thể chỉ cần đến Mặt Trăng để thực hành, vì vậy, điều tốt nhất tiếp theo là mô phỏng môi trường của Mặt Trăng ở đâu đó trên Trái Đất.
Thật vậy, đây chính là mục đích của cơ sở LUNA ở Cologne, Đức, một dự án chung giữa ESA và Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (được biết đến với tên viết tắt tiếng Đức là DLR). Ý tưởng là tạo ra một môi trường Mặt Trăng thực tế nhất có thể để thử nghiệm tàu đổ bộ rô-bốt, đào tạo phi hành gia và thực hành với thiết bị — bao gồm, trong trường hợp này là máy ảnh.
Vì mục đích đó, các chuyên gia hình ảnh từ Ủy ban tư vấn về hệ thống dữ liệu không gian (CCSDS), có sự tham gia của đại diện từ 28 quốc gia, đã họp tại LUNA để thực hành chụp ảnh các phi hành gia đang chơi trò nhập vai trong môi trường Mặt Trăng mô phỏng.
Dành thời gian tại LUNA đã mang đến cho chuyên gia hình ảnh Melanie Cowan, đại diện của ESA trong nhóm Nhóm công tác ứng dụng và hình ảnh chuyển động của CCSDS, "một cái nhìn thoáng qua về những gì có thể xảy ra trên Mặt Trăng", bà cho biết trong tuyên bố. "Người ta không thể đến gần hơn với thực tế. Đó là một trải nghiệm đặc biệt và đầy thử thách khi quay phim và chụp ảnh trong môi trường siêu thực này."
Thật vậy, mặt trăng giả này thực tế đến mức Cowan và các chuyên gia hình ảnh khác phải mặc quần áo bảo hộ để tránh hít phải bụi mặt trăng mô phỏng, hoặc bám vào tóc hoặc quần áo của họ. Bụi có thể là vấn đề lớn đối với các phi hành gia dành nhiều thời gian trên bề mặt; nó rất mịn đến mức có thể bám vào khắp mọi nơi, dính vào bề mặt và có khả năng làm tắc nghẽn thiết bị.
Vì vậy, mặc quần áo bảo hộ gợi nhớ đến bộ đồ bảo hộ từ đầu đến chân được sử dụng trong phòng sạch, các chuyên gia hình ảnh đã ghi lại cảnh quay các phi hành gia hạ cánh từ tàu đổ bộ mặt trăng giả, khám phá bề mặt và thậm chí chụp ảnh tự sướng — điều mà Neil Armstrong có thể ước mình có cơ hội làm. (Có rất ít hình ảnh về Armstrong trên mặt trăng, vì ông đã mang theo máy ảnh Hasselblad trong hầu hết chuyến đi bộ lịch sử trên mặt trăng của mình và Buzz Aldrin.) Mục đích đằng sau việc chụp ảnh tự sướng là để xem có thể chụp được bao nhiêu chi tiết trong hình ảnh phản chiếu trên tấm che mũ bảo hiểm của phi hành gia.
Hình ảnh và video thu được dự định sẽ được sử dụng làm tệp tham chiếu cho bản gốc, để các phi hành gia và kỹ thuật viên hình ảnh có thể hiểu rõ hơn về cài đặt máy ảnh cần sử dụng và kích thước của tệp hình ảnh hoặc video thu được khi truyền đi.
"Những nỗ lực này sẽ giúp các cơ quan và công ty tạo ra sự thật cơ bản cho các ứng dụng và thiết bị video", Falk Schiffner, đại diện của DLR trong Nhóm làm việc về ứng dụng và hình ảnh chuyển động của CCSDS, cho biết. "Các hoạt động để cải thiện chất lượng video không chỉ hướng đến hình ảnh mặt trăng mà còn hướng đến tất cả các truyền dẫn không gian."
Việc ghi lại những cảnh quay đẹp trên mặt trăng không dễ như trên Trái đất. Một lý do là vì không có bầu khí quyển đáng kể nào trên mặt trăng để phân tán ánh sáng mặt trời, nên độ tương phản giữa các khu vực được mặt trời chiếu sáng trực tiếp và các khu vực trong bóng tối có thể dẫn đến các khu vực ánh sáng ban ngày bị phơi sáng quá mức và các khu vực hoàn toàn bị bóng tối. Và việc mặt trời mọc và lặn chậm trong khoảng thời gian hai tuần từ bất kỳ vị trí nào cũng dẫn đến các điều kiện thay đổi chậm. Để tái tạo tất cả những điều này tại cơ sở LUNA, cần phải thử nghiệm rất nhiều với góc máy quay và ánh sáng.
"Chúng tôi đã thử các trình mô phỏng mặt trời và các kỹ thuật khác nhau để tái tạo ánh sáng của mặt trời trên mặt trăng", Cowan cho biết. "Chúng tôi đã nghiên cứu tác động của bóng tối từ các tảng đá và bên trong các hố va chạm. Các thử nghiệm ban đầu cho thấy video HDR sẽ cung cấp nhiều chi tiết hơn ở các khu vực có bóng tối trên bề mặt Mặt Trăng."
Các bài viết liên quan:
— Cơ quan Vũ trụ Châu Âu: Sự thật & thông tin
— Apollo 11: Những người đàn ông đầu tiên đặt chân lên mặt trăng
— Chương trình Artemis của NASA: Mọi thứ bạn cần biết
HDR là viết tắt của "dải động cao", có thể cải thiện đáng kể tỷ lệ tương phản của hình ảnh hoặc tăng cường màu sắc của hình ảnh. Nhà sản xuất máy ảnh Nikon đã hợp tác với NASA để phát triển máy ảnh Nikon Z9 đã được sửa đổi để các phi hành gia sử dụng nếu họ hạ cánh trên mặt trăng như một phần của sứ mệnh Artemis 3 cuối cùng. Nikon Z9 sở hữu cả khả năng HDR và UHD (độ phân giải cực cao) sẽ rất cần thiết để sử dụng trong bối cảnh mặt trăng kỳ lạ và khắc nghiệt.
Mang một máy quay video UHD 8K lên mặt trăng là một chuyện, nhưng việc truyền tất cả dữ liệu đó trở lại Trái đất trong một buổi phát trực tiếp (hoặc trực tiếp nhất có thể với độ trễ 1,3 giây) có những hạn chế về băng thông khả dụng. Đặc biệt, cảnh quay có nhiều chuyển động được gọi là "kẻ giết chết bộ mã hóa" vì nó làm tăng tốc độ dữ liệu lên rất nhiều. Trên thực tế, việc truyền dữ liệu từ mặt trăng sẽ được nén lại, giống như cách nó đã làm với Trạm vũ trụ quốc tế, ví dụ, nhưng ngay cả khi đó, chúng ta vẫn phải tìm ra các phương pháp để nén toàn bộ dữ liệu vào băng thông khả dụng mà không làm mất quá nhiều dữ liệu.
Sáng kiến Moonlight của ESA có thể sớm nhận được sự trợ giúp, sáng kiến này có kế hoạch phóng một chòm sao gồm năm vệ tinh vào quỹ đạo quanh mặt trăng. Bốn trong số các tàu vũ trụ này sẽ hỗ trợ các sứ mệnh trong tương lai về mặt định vị, và tàu vũ trụ còn lại sẽ cung cấp thông tin liên lạc tốc độ dữ liệu cao giữa bề mặt mặt trăng, tàu vũ trụ trên quỹ đạo mặt trăng hoặc đang di chuyển đến mặt trăng và các trạm mặt đất trên Trái đất. Mục đích là để Moonlight hoạt động hoàn toàn vào năm 2030.
