Kodaks "vooruitgevonden" Lunar Orbiter-camera; of, het lot van de SAMOS-readout

In februari 1967 publiceerde de Rochester Times-Union een verhaal over hoe Kodak de Lunar Orbiter-camera had "vooruitgevonden" (pre-invented). Arthur Simmons, directeur R&D bij Kodak, vertelde de krant dat "niemand binnenkwam en vroeg ons om een camera- en filmsysteem te ontwikkelen voor close-up foto's van de maan... Kodak heeft, voor gebrek aan een beter woord, een 'bibliotheek' van honderden 'conceptuele ideeën' die we niet adverteren." Maar het verhaal achter deze "vooruitvinding" was interessanter dan Simmons liet merken. Toen Kodak in 1963 deelnam aan de offerte van Boeing voor de Lunar Orbiter, bestond het camerasysteem al. Het bedrijf had het oorspronkelijk in de jaren 50 ontwikkeld voor de luchtmacht als onderdeel van het strikt geheime satellietbewakingsprogramma genaamd Weapons System 117L (WS-117L).

De aard van WS-117L en de clandestiene oorsprong van het Lunar Orbiter-camerasysteem waren destijds vaag bekend bij enkelen, maar de volledige details werden pas decennia later openbaar gemaakt door declassificatie. Dit artikel richt zich niet op de gedetailleerde technische specificaties, maar volgt de ontwikkeling van het systeem van concept tot adoptie door NASA. Het is het verhaal van enkele van de eerste pogingen van de Verenigde Staten om beelden vanuit de ruimte op afstand te verzenden, en hoe deze systemen werden aangepast voor maanverkenning.

De oorsprong: WS-117L en SAMOS

WS-117L vond zijn wortels in RAND-studies naar satellietbewaking die teruggingen tot 1946, en was de eerste grote poging om die ideeën in de praktijk te brengen. De Verenigde Staten hoopten satellieten te gebruiken om de opbouw van kernwapens en lanceerplaatsen in de Sovjet-Unie te monitoren. In 1953 legde RAND-rapport 262 de haalbaarheid en het nut van dergelijke systemen uitgebreid vast, en tegen 1955 begon de luchtmacht aannemers te zoeken voor WS-117L. Eastman Kodak ontwikkelde camerasystemen voor de offerte van Lockheed, en de luchtmacht gunde hen het contract in oktober 1956.

Oorspronkelijk had RAND vooral overwogen om televisiesystemen te gebruiken. "Near real time"-beeldvorming werd door sommigen gezien als de ideale vorm van satellietbewaking. In een gedeclassificeerde geschiedenis van het programma legt Robert Perry echter uit dat het doel van real-time beeldvorming binnen de luchtmacht al snel ter discussie kwam te staan. Het was onduidelijk of de technologie klaar was om aan de eisen te voldoen, terwijl alternatieve systemen voor het fysiek terugwinnen van film al vroeg duidelijke haalbaarheid en betrouwbaarheid lieten zien. Sommige van deze inspanningen werden afgesplitst van WS-117L naar het Discoverer-CORONA-programma, waarbij Kodak-camerasystemen in een baan om de aarde werden gebracht en capsules met belichte film werden teruggegooid voor fysieke recuperatie en verwerking op aarde.

Toch bleef een systeem voor directe verzending (readout) onderdeel van het plan. In hun offerte voor WS-117L creëerde Kodak een systeem voor remote transmissie dat zou vliegen in wat bekend werd als het SAMOS-programma.

Technische keuzes en de "readout"-methode

Televisiesystemen werden in het begin nog overwogen, maar er waren duidelijke technologische beperkingen, vooral wat betreft de resolutie. De nieuw gevormde Apparatus and Optical Division van Kodak besloot te kiezen voor een systeem waarbij de film aan boord van het ruimtevaartuig werd ontwikkeld en de beelden vervolgens werden "uitgelezen" (readout) naar ontvangststations op aarde. Planners voorzagen vijf camera's voor SAMOS: de eerste drie waren bedoeld om het readout-systeem van Kodak te testen. De E-1 camera zou primair een technologie-demonstrator zijn, terwijl de E-2 en E-3 de mogelijkheid zouden testen om beelden te maken met meer functionele resoluties. Alle drie maakten gebruik van dezelfde basisarchitectuur.

In zekere zin was dit camerasysteem inderdaad "vooruitgevonden", omdat het grotendeels een slimme samenvoeging was van bestaande technologieën, waarvan velen door Kodak waren gecreëerd. Het bedrijf had decennia aan ervaring met luchtfotografie die terugging tot de Eerste Wereldoorlog. Tegen het einde van de Tweede Wereldoorlog hadden ze geavanceerde luchtfilms, compacte filmopslagsystemen en technieken voor beeldbewegingscompensatie ontwikkeld. Daarnaast hadden ze gewerkt aan infrarood-bommenrichtsystemen en nabijheidssensoren voor de marine, wat nuttig bleek voor de ontwikkeling van thermische controlematerialen voor het ruimtevaartuig.

De kerntechnologieën: Bimat-film en de scanner

Tegen 1958 beschreven planningsdocumenten twee sleuteltechnologieën die het readout-systeem mogelijk maakten.

1. Bimat-film en "droge" verwerking

De eerste was wat bekend werd als Kodak "Bimat"-film. Dit was een web dat was gecoat met gelatine die de nodige ontwikkelchemicaliën bevatte, wat "droge" verwerking mogelijk maakte. Het web werd tegen de belichte film gedrukt, waardoor de beelden werden ontwikkeld en gefixeerd voordat ze werden opgeslagen en verzonden.

De oorsprong van Bimat-film is in de openbare registers enigszins onduidelijk. Eén door Kodak geproduceerde geschiedenis suggereert dat de technologie begon als een laboratoriumonderzoek met amateurfotografie in het achterhoofd, en later werd toegepast op luchtfotografie. Gezien de tijdlijn was het ofwel een gelukkig toeval dat dit experiment precies op tijd rijp was voor WS-117L, ofwel begonnen Kodak-ingenieurs specifiek naar deze techniek te kijken als reactie op de uitdagingen van filmfotografie in de ruimte.

2. Het readout-systeem (Flying-spot scanner)

De tweede sleuteltechnologie was het readout-systeem zelf, ontwikkeld in samenwerking met de Columbia Broadcasting System Laboratories. Er werd gebruikgemaakt van een zogenaamde "flying-spot scanner". Dit werkte met wat ingenieur David McDowell beschrijft als een "binnenstebuiten CRT": een kathodestraalbuis die een elektronenbundel door de belichte film vuurde. Variaties in de dichtheid van de film veranderden de intensiteit van de bundel; deze variaties werden geregistreerd door een fotomultiplikator en vertaald naar elektronische signalen die naar de aarde konden worden verzonden. Teams op de grond ontvingen deze signalen en gebruikten apparatuur om ze weer om te zetten in een beeld, dat vervolgens op film werd vastgelegd.

De neergang van SAMOS en de overgang naar NASA

In oktober 1960 werd de eerste E-1 camera gelanceerd op een Atlas-Agena, maar deze slaagde er niet in om in een baan om de aarde te komen. Ondertussen werd er binnen de overheid gedebatteerd over het voortzetten van het readout-programma. De kosten stegen, technische problemen stapelden zich op en CORONA-achtige systemen (met fysieke filmterugwinning) leken een betere optie.

In januari 1961 kwam de tweede SAMOS-test met een E-1 camera wel succesvol in een baan om de aarde. Technici in Sunnyvale, Californië, ontvingen transmissies die resulteerden in een foto met een resolutie van 100 voet (ca. 30 meter). Het systeem werkte.

De E-2 camera zou de volgende stap zijn, met geavanceerdere richtsystemen en een hogere resolutie. Echter, de eerste poging om een E-2 te lanceren eindigde twee seconden na de start toen de Atlas-raket direct terug op de grond viel en explodeerde. Na dit falen werd de readout-methode grotendeels verlaten ten gunste van recovery-programma's. Kolonel W.G. King van de luchtmacht geloofde dat een recovery-systeem vrijwel alles beter kon doen dan een readout-systeem. Readout-systemen vereisten bovendien een langere levensduur en hogere banen, wat ten koste ging van de resolutie en leidde tot hogere stroomvereisten.

Hoewel de luchtmacht verdere lanceringen stopzette, was dit niet het einde van het camerasysteem. Hardware van de E-1 en E-2 bleef verspreid over het land, waarbij één testmodel in de faciliteiten van Eastman Kodak in Rochester bleef.

Van spionage naar de maan: De geheime transfer

NASA-functionarissen waren op de hoogte van het E-1 systeem en vroegen er al in april 1961 naar. De film-readout-methode leek op de methode die de Sovjet-ruimtevaartuig Luna 3 in 1959 had gebruikt om de eerste beelden van de achterkant van de maan terug te sturen.

Tegelijkertijd liep het oorspronkelijke plan voor een orbiter binnen het Surveyor-programma vast door technische problemen en prioriteitswijzigingen. NASA besloot de prioriteit te leggen bij landingsdata voor de Apollo-hardware, terwijl orbitale beelden (nodig voor het selecteren van landingsplaatsen) later konden komen.

In mei 1963 vond er een belangrijke ontmoeting plaats tussen NASA- en DOD-functionarissen (Department of Defense). Ze bespraken direct het gebruik van NRO-apparatuur (National Reconnaissance Office) voor zowel onbemande voertuigen als het Apollo-programma. Er werd een overeenkomst gesloten waarbij NASA toestemming kreeg om NRO-apparatuur te gebruiken onder strikte voorwaarden. Het plan was als volgt:

"...het zal de verantwoordelijkheid van de NRO zijn om een aannemer te selecteren, doorgaans uit hen die betrokken zijn bij de huidige geheime verkenningsprogramma's, om apparatuur te ontwikkelen die aan deze specificaties voldoet in een beveiligde en beschermde, of 'black', modus. Tegelijkertijd zal NASA aan dezelfde aannemer een openlijk of 'white' verkenningscontract verlenen, dat zal dienen als een technisch plausibele dekking voor de ontwikkeling van de vlieghardware die daadwerkelijk zal worden ingezet..."

Op 24 juli 1963 ontmoetten vertegenwoordigers van NASA, NRO en de CIA Fredrick C.E. Oder, een gepensioneerde kolonel van de luchtmacht die betrokken was geweest bij SAMOS en nu een manager was bij Eastman Kodak. De groep besprak het aanpassen van de E-1 en E-2 camera's voor maanverkenning.

In december werd de offerte van Boeing/Kodak goedgekeurd. Dit verklaart waarom de Lunar Orbiter in de beginfase bij Kodak onder strikte beveiligingsmaatregelen werd gehouden; het werk werd uitgevoerd met hetzelfde geheimhoudingsniveau als de SAMOS-projecten.

De Lunar Orbiter in praktijk

Het uiteindelijke camerasysteem van de Lunar Orbiter maakte gebruik van een proces dat grotendeels identiek was aan de E-2 camera's. De belangrijkste aanpassingen die Kodak-ingenieurs aanbrachten, betroffen de lenzen en de sluiter systemen om aan de zeer strikte NASA-eisen voor resolutie te voldoen. Waar de E-1 en E-2 respectievelijk een resolutie van 100 voet en 20 voet hadden, streefde NASA voor Apollo naar een resolutie van ongeveer 3 voet (ca. 1 meter). Ook werd het aantal grondstations uitgebreid van één naar drie.

Het reconstructieproces

De beelden werden als volgt gereconstrueerd:

1. De verzonden beelden werden weergegeven met een kinescope.
2. Deze beelden werden vastgelegd op 35mm film.
3. De 35mm film werd naar Rochester gestuurd voor assemblage.
4. Strips van 35mm film werden samengevoegd tot één volledig frame.
5. Dit frame werd opnieuw gefotografeerd en naar NASA gestuurd.

Dit betekende dat de beelden zelf over verschillende rollen film reisden voordat ze uiteindelijk konden worden gebruikt.

Resultaten en complicaties

De foto's van de Lunar Orbiter speelden een cruciale rol bij de selectie van de Apollo-landingsplaatsen. Hoewel het systeem bewonderenswaardig presteerde, waren er problemen met de Bimat-film. De film kon "plakken", uitdrogen of druppelvorming vertonen, wat leidde tot artefacten op de beelden. Deze aanhoudende problemen met de film in 1966 en 1967 kunnen wijzen op de engineeringproblemen die destijds ook hebben bijgedragen aan het einde van de SAMOS-readout.

Omdat de Lunar Orbiter voortkwam uit een spin-off van het Surveyor-programma tijdens de drang naar Apollo, was het waarschijnlijk het allereerste ruimtevaartuig dat specifiek was ontworpen voor verkenning ten behoeve van bemande ruimtevluchten. Het is een fascinerend voorbeeld van hoe militair hardware werd aangepast voor exploratieve doeleinden, en hoe een uniek camerasysteem twee totaal verschillende rollen speelde in de geopolitieke competitie van de Koude Oorlog.

***

Voetnoten

1. “How Kodak ‘Pre-Invented’ the Lunar Orbiter Camera (Based on an article in the Rochester Times-Union, February 3, 1967)”, 105:9, Kodak Historical Collection, D.319, University of Rochester.
2. “Chronology: WS 117L Background,” NRO, Declassified WS117L, SAMOS & Sentry Records, ID 953; en “Space System Development Plan: SAMOS R&D Program” 12 juli, 1960, NRO, ID 608.
3. “Project Feed Back Summary Report,” ed. J.E. Lipp and R.M. Salter, R-262, Volume 1, March 1, 1954 (RAND).
4. Robert Perry, A History of Satellite Reconnaissance Volume IIA – SAMOS, Revised October 1973, NRO, ID 304; en Kenneth E. Greer, “CORONA,” in CORONA: America’s First Sattelite Program.
5. David McDowell (voormalig Kodak-ingenieur) in gesprek met de auteur, 22 maart 2024.
6. Een van de vroegste referenties naar deze technologie. De term “Bimat” kwam later; in vroege Lunar Orbiter-documenten wordt vaak gesproken over het “web”.
7. “Advanced Reconnaissance System Weapon System 117L,” 1 maart 1958, NRO, ID 101.
8. “Kodak Contributions to Aerial Photography,” p 6, 106:6, Kodak Historical Collection, University of Rochester.
9. “Pied Piper Development Plan: Vol II Sub-System Plan, E. Visual Reconnaissance,” Lockheed Aircraft Corporation, 1 maart, 1956, NRO, ID 502.
10. Datum is moeilijk te ontcijferen, maar is duidelijk 1958 in document NRO/F-2022-00223.
11. Leonard W. Tregillus, Arthur A Rasch, and Edwin B Wyand, Jr, “Web Processing Method and Composition,” USPO Patent 3,179,517.
12. McDowell, 2024.
13. Vergelijkbaar met Luna 3. De 1956 Lockheed-documenten bevatten een gedetailleerde beschrijving van de flying spot scanner.
14. Perry, pp 152-167.
15. David McDowell in gesprek met de auteur, 17 december 2025.
16. Perry, pp 175.
17. Informatie over E-1/E-2 lanceringen en het lot van de camera's uit Perry, pp 165-177.
18. McDowell, 2024.
19. Perry, pp 168, 173.
20. Bruce Byers, Destination Moon: A History of the Lunar Orbiter Program, April 1977, NASA, pp 9-29.
21. Byers, pp 16-29, 40.
22. Vance G. Mitchell, Sharing Space: The Secret Interaction Between The National Aeronautics & Space Administration & the National Reconnaissance Office, 1961-1995, NRO/CSNR, pp 12-13.
23. “DOD/CIA-NASA Agreement on NASA Reconnaissance Programs,” 17 juli, 1963.
24. Mitchell, p 14.
25. Ondertekend door James Webb en Secretary of Defense Robert McNamara op 28 augustus.
26. Seamans beoordeelde de Request For Proposals op 30 augustus.
27. Mitchell betoogt dat de NRO een rol moet hebben gespeeld in het selectieproces.
28. McDowell, 2025.
29. Zie R. Cargill Hall, “SAMOS to the Moon: The Clandestine Transfer of Reconnaissance Technology Between Federal Agencies,” NRO.
30. Lunar Orbiter-documentatie, inclusief het contractor rapport voor Lunar Orbiter I.