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月球軌道器圖像恢復項目

月球軌道器圖像恢復項目(LOIRP)是由美國宇航局、Skycorp、SpaceRef Interactive 網站及私人資助的一項旨在數碼化1966至1967年從5艘月球軌道器發回的原始磁帶中的模擬數據項目[1]。

1966年月球軌道器1號拍攝的地球，原始照片顯示了大量的瑕疵點和條紋。
1966年月球軌道器1號拍攝的地球，該照片展示了經修復後的圖像品質。

該項目於2008年11月發佈了成功恢復的首張照片，為1966年8月從月球拍攝的第一張地球照片。2014年2月20日，項目小組宣佈已完成項目大部分磁帶數據的提取[2]，一部分為中等解像度圖像，大部分為高解像度圖像，還有一部分因當時操作失當，記錄被抹除而丟失[3]，除此外所有的月球軌道器圖像已成功恢復，在轉交美國宇航局行星數據系統(Planetary Data System)前正在進行數字轉換處理[2]。

背景

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月球軌道器拍攝的照片主要用於確定載人登月任務的着陸點，在這些任務結束後，大約1500盤的磁帶數據就被遺忘了，因為它的目標已經達成。這些磁帶原先由馬里蘭州政府謹慎保管了20年，在1986年返還給加利福尼亞帕薩迪納的美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)後，交由該實驗室檔案管理員南希·埃文斯(Nancy Evans)來決定是否要丟棄掉它們。最終南希決定繼續保存這批磁帶，她回憶道：「良知不許我丟棄這批東西」[4]。

數年內，南希·埃文斯和一些同事在宇航局的資助下啟動了一個小項目。他們設法找到了四台罕見的栕式磁帶機-安派克斯 FR-900 磁帶驅動器—僅聯邦航空管理局、美國空軍、美國太空總署等美國政府機構才使用的高度專業化的存儲設備。FR-900 貯藏器適用於2英寸4工制錄像帶格式，這種硬盤可記錄用於儀表或其他目的的所有類型的寬帶模擬信號，而非特定的視頻信號如2英寸夸德制式的(2″Quad)。隨着時間的推移，埃文斯的團隊還從政府各部門收集了一些使用說明書和多餘的磁帶機備件。該項目成功地從磁帶中提取了原始模擬數據，但要形成圖像，他們發現所需要的、曾用於月球軌道器計劃的專用解調硬件早已不存在了。他們試圖從宇航局和私人來源獲得購置硬件的資金，但沒有成功。最後，南希·埃文斯和馬克·尼爾森(Mark Nelson)繼續進行其他的項目，而磁帶機則被存放在南希·埃文斯的車庫中[5]。

2004年，菲利普·霍爾澤姆帕(Philip Horzempa)正在華盛頓特區的美國宇航局歷史項目辦公室對月球軌道器計劃作研究。在檔案中，他偶然發現了一份1996年的備忘錄，其中記載了馬克·尼爾森提出的一項關於數碼化月球軌道器圖像的建議，如前所述。大約經過一年的尋訪，霍爾澤姆帕與馬克·尼爾森取得了聯繫[6]，他倆決定尋找資金，重啟月球軌道器磁帶的復原工作，而後，他們與在埃姆斯的美國宇航局詹·赫爾德(Jen Heldmann)進行了聯繫。

2007年初，霍爾澤姆帕在網絡論壇 NASASpaceflight.com 上談到了月球軌道器磁帶的復原工作。結果，丹尼斯·溫戈(Dennis Wingo)通過論壇聯繫上了菲利普·霍爾澤姆帕。霍爾澤姆帕將溫戈介紹給了尼爾森和埃文斯，並邀請溫戈加入了他們的團隊。除上面提到的磁帶機外，尼爾森還設法弄到了幾個磁帶機磁頭[7]，這對磁帶驅動器讀取月球軌道器原始磁帶中的數據是絕對必要的。

丹尼斯·溫戈是 Skycorp 航天工程公司總裁，具有深厚的空間和計算技術經驗。他知道他能收集到翻新這批磁帶機所需的技術，在美國宇航局也有熟人關係，最重要的是他知道月球將會再次成為熱門的領域。溫戈說「我知道磁帶機和磁帶的價值」[4]，小組其他人也持同樣的看法，並寫道「未來的月球計劃已重新激發了科學界並重燃起對月球衛星數據的新興趣」[8]。

2009年6月23日，一艘新的探測器-月球勘測軌道飛行器(LRO)被發射到環月軌道，經測試後，於9月份開始了拍攝任務[9]，其主要目標之一，就是評估人類在月表活動的風險。月球勘測軌道飛行器可拍攝阿波羅時代解像度最高的月表圖像。而在此之前，月球軌道器拍攝的月球圖像則是解像度最高的[10]，因此，數碼化的月球軌道器圖像對研究月表地貌變化的科學家來說，其價值不可估量。

專業技能和設備

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月球軌道器圖像復原項目設備的前半部分

2007年2月，丹尼斯·溫戈第一次在埃文斯車庫中看到了4台安派克斯 FR-900 磁帶機，每台機器高約6英尺(1.8米)、寬3英尺(0.9米)寬，深如冰箱，重達600磅(270公斤)，上面積滿了厚厚的灰塵和蛛網。他們保存了一托架的說明書和磁帶機原理圖，以及拷貝在硬盤上的與月表圖像有關的數據。同時，磁帶盤則被安全地存放到一間恆溫倉庫中，大約有1500盤，全部裝在盒中，捆綁打包後疊放在四層托架上[11]。

丹尼斯·溫戈和凱思·柯文，分別為前美國宇航局僱員和 SpaceRef Interactive 網站總裁，現在要共同承擔月球軌道器圖像修復項目(LOIRP)。柯文和溫戈二人都在募集啟動資金，他們花了大約一年的時間尋找資金、設備、 參考資料及專業人員。美國宇航局艾姆斯研究中心主任皮特·沃登(Pete Worden)同意他們將磁帶機和磁帶存放在未使用的倉庫中，直到找到資金和設備開始動工為止。2007年4月，美國宇航局噴氣推進實驗室將該批磁帶送到加利福尼亞芒廷維尤的阿姆斯研究中心保管，而南希·埃文斯則將 FR-900 磁帶機的所有權轉給了溫戈和柯文。溫戈和柯文租了兩輛大卡車，一輛用來裝磁帶機和參考資料，另一輛則裝載存放在托架中的模擬數據磁帶。然後二人將車從加利福尼亞州的伯班克開到了芒廷維尤。接下來約一年左右的時間內，該批磁帶機和磁帶一直存放在倉庫中，等待項目開工資金。

由於該團隊需要一間能適當調節室溫和帶有水槽的辦公場所，而艾姆斯研究中心大廈外可供選擇的空閒建築物僅有兩處：一家理髮店和一家幾周前才關閉的麥當勞。理髮店太小，在那裏工作需要把磁帶存放到一間很遠的倉庫中；而麥當勞的面積則就大得多，並且採光和空氣環境良好、電力充足，停車也很方便。但事後證明，電線線路需要進行一些改進。2008年7月，團隊搬進了麥當勞(596號樓)，現在被稱作"麥克月球"(McMoon)。

溫戈和柯文很快找到了專長之人，具有豐富的包括 FR-900 系列在內的模擬磁帶機使用經驗的退伍老兵肯津(Ken Zin)。湊巧的是，津的兄弟曾在美國宇航局艾姆斯研究中心工作過，正是這一巧合才使溫戈和柯文得以與津初次接洽。在美國宇航局總部肯·大衛(Ken Davidian)的協助下，該項目最終在2008年被列入一個試點項目，以表明可修復磁帶機並能還原原始磁帶中的圖像。小組的第一個任務是妥善地拆卸和清洗磁帶機，同時，肯津開始測試磁帶驅動器系統並羅列出需要更換和整修的零部件清單，然後在易趣網、在線電子零件商店和其他地方購買磁帶機零件。

營銷和招募志願者

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在接下來的時間裏，丹尼斯·溫戈和凱思·柯文忙於應對各種管理雜務：訂購零件、管理資金、尋找堆放場地、考慮裝修公司和招募志願者等等。溫戈開始定期發送電子郵件，後來改為博客(moonviews.com)，並將圖片上傳到該項目在臉譜網站的網頁上。團隊從附近的聖荷西州立大學招募實習生，還向安派克斯公司退休員工和博客粉絲中能提供幫助的人請求支持。麥克月球大廳幾乎每天都有新訪客，如美國地質調查局數碼化月球軌道器膠捲項目的麗莎·加迪斯博士(Lisa Gaddis)、曾在備忘錄中建議將月球軌道器數據存儲在磁帶上的查理·伯恩(Charlie Byrne)等。《洛杉磯時報》[4]、《計算機世界》[12]、《國家地理》雜誌,[13]、美聯社[14]、美國圖書館[15]以及當地媒體[16]和眾多博客[17][18][19]都競相報導過該項目。每一則新聞故事中都包含了這樣的信息：圖像是歷史的一個重要組成部分，但更重要的是，它們包含了時間、地點和品質都無法替代的科學數據，這些圖片有助於當前對月球以及地球氣候的研究。項目團隊所作的努力成果甚至為當代恢復同類磁帶機所貯藏的數據也起到了有益的借鑑作用[4][12][20]。

媒介和目標數據

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麥克月球大廳內堆放的70毫米磁帶盤

搬進麥克月球大廳後不久，一群招募來的美國宇航局天體生物學學院的學生從箱子中取出所有的磁帶，並整齊擺放。每盤磁帶在磁帶機上大約運行1小時，可獲取一幀高解像度圖像和一幀中等解像度圖像[21]。在1970年代初存檔時，每盤磁帶都貼上標籤，並用透明膠袋包好，然後裝入金屬盒中，再用黃色塑料膠帶封口，此外在磁帶盒的外面還帖有另外的標籤。每盤磁帶上通常都標帖有由兩個字母和兩個數字組成的代碼，如：MT_19、WT_45及GT_46。一名天體生物學學院的學生意識到，盒子上的第一個字母代表記錄磁帶數據的地面站：「M」指示磁帶是西班牙馬德里深空通信綜合體所記錄；「W」表示磁帶是在澳大利亞伍默拉所錄製；而「G」則表明磁帶記錄於加利福尼亞戈德斯通天文台。當團隊在一些磁帶的開頭聽到當地地面站操作人員誦述有關磁帶和記錄的錄音時，證實了這一猜測。在標有「M」的磁帶上，操作人員有明顯的西班牙口音；標有「W」的磁帶上，操作員則帶澳大利亞腔；而在帶有「G」字母的磁帶上，操作員完全用美式口語說話。有時音頻信息還記錄了二處地面站人員之間的交談錄音。每盤磁帶的起始音頻都包含了錄製時的本地和世界時時間。

磁帶中還有許多令人困惑的其他問題，每盤磁帶都應該保存有二幀完整的圖像，但有些只包含了數分鐘的音頻信號，有些則重複保存了某一圖像的同一小段，類似的情況一再反覆出現。在早期階段，研究小組只想挽救那些最有價值和影響力的圖像，但他們發現要在這些雜亂的磁帶陣中找出圖像是相當耗時費力的。

硬件和資金

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FR-900 磁帶機

在一台正常工作的磁帶驅動系統中，驅動器磁頭會在磁帶上施加一個非常特定的磁場，然後捕捉磁帶感應電流的變化。來自月球軌道器磁帶上的數據在經過解制解調器解調後，還需通過模-數轉換器轉換，才能輸入到計算機中進行數字處理。每幀圖像在磁帶上被分割成條狀保存，所以計算機要把這些條帶合成到一起，形成一幅完整的圖像[21]。在啟動該項目前，研究小組對這些風險進行了評估，確定有兩個問題：一是磁帶可能損壞而無法讀取；第二是磁帶機不能正常讀取磁帶數據。該項目跨過的最重要一關是做到了花最少的錢儘速完成了對這些風險的測試。

2008年7月項目一經開始，結果很快就出來了。僅兩三星期，第一台磁帶機就已啟動，儘管還有許多部件明顯尚待更換[22]。另一周的清潔和測試顯示，這四台驅動器和現有的備件中，起碼能保證一台磁帶機正常運行，並且至少有一個磁帶機的磁頭能正常工作[23]。磁頭是與磁帶接觸，讀取和寫入數據的機械裝置，因此，它至關重要。而安派克斯 FR-900 磁帶機在1974年後就已停產，因此無法替換，只能花巨資請一家小公司翻新[24][25]。

經過一個月的零件更換維修、測試和調整，該項目取得了第一個可靠的結果，磁帶仍然完好無損。每盤磁帶都以一小段標準格式的操作人員錄音開頭，磁帶機能夠讀取音頻信號，(聽到一段錄音 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）)不需用到讀取磁帶中月球軌道器數據時所必需的視頻磁頭，這表明磁帶沒有損壞，並且磁帶機的許多子系統仍處於良好的工作狀態[26]。

由於磁帶驅動器附帶的說明書等資料基本不完整，團隊無法掌握正確修復、維護和使用磁帶機的方法，而大範圍尋找這些資料的結果又常常令人失望，因為經常會發現退休或年長的工程師剛剛清理了他們的車庫。丹尼斯·溫戈在他的博客中寫道:"我不能告訴你我們聽到過多少次這樣的話：半年前我才剛將這些說明書扔掉"。就在那時，團隊從一位朋友的朋友那裏聽到，安派克斯一名已退休的工程主管保存有存儲在穿孔卡片(嵌入式計算機穿孔卡片中的微縮膠片)中的設備維護資料庫。這一資料將使團隊能夠掌握磁帶機修復及機械校準的正確程序[27][28]。

在數據恢復上，磁帶解調又成為了最大的問題。團隊不確定系統附帶的解調板是否正確，是否需要不同的解調板，或者是否既需要原帶的，又需要另外的解調板。同時，他們發現有一盤磁帶，它開頭錄音中發出的聲音似乎它包含了一幅圖像的解調記錄，這又是一次幸運的突破，因為它意味着不需要使用解調器來生成磁帶中的圖像。如果團隊能挽救這幀圖像，則該項目將能證明"驅動器已被翻新到能可靠地播放磁帶了"[26]。研究工作繼續進行，團隊創造了「技術考古」一詞來描述探究磁帶中所包含圖像的處理過程。

 
原始版與還原版照片的直接比較

博客上的帖子還在繼續，但並沒有什麼實質性內容，直到美國宇航局突然宣佈召開記者會。2008年11月13日，美國太空總署舉辦了一次新聞發佈會，公開了第一張被修復的照片：一幀拍攝於1966年8月23日的引人注目的圖像—首次從月球看到的地球景象，這是一個重大的里程碑，表明磁帶和磁帶機都完好無損。初步分析顯示，該圖像具有"[原始]膠片圖像的四倍動態範圍，最高解像度可達兩倍"[29]。迄今為止，美國宇航局探索系統任務理事會(ESMD)給團隊的贊助只有很少的10萬美元補助，但有了這些結果，更多的資金-另外的15萬美元將會陸續補貼到位，以完成對磁帶機的主要修復以及購置其他磁帶所需的解調硬件。位於艾姆斯的美國宇航局月球科學研究所副主管格雷戈瑞·施密特(Gregory Schmidt)曾說道：「現在我們已經展示了檢索圖像的能力，我們的目標是完成磁帶機的整修，取回剩餘磁帶中的所有圖像」[30]。

不到1個月，下一輪資金就已到位[31]，設備修復工作正式開始，磁頭、轉盤和轉子馬達正由兩家不同的公司進行修復；有關新的解調器資料也已找到，小組已着手自製一塊調製板，並定製了新的輪帶以取代舊皮帶；而處理數字圖像的軟件也正在編寫中。在這些中最大的支出是磁頭，每件翻新需花費8000美元。

2009年3月21日，該小組宣佈，他們利用一個全新的解調系統，從一盤磁帶中挽救出了一幀未解調的圖像—月球軌道器2號探測器於1966年11月24日拍攝的哥白尼環形山，美國宇航局科學家馬丁·斯維尼克(Martin Swetnick)援引1966年《時代雜誌》一篇文章中的話稱，它是「本世紀最偉大的照片之一」[32]。

截至4月份，該小組已經數碼化了30幅圖像[16]。幾個月後，《計算機世界》中的一篇文章顯示，該項目得到了一個新的60萬美元的資助，並有望在2010年2月完成所有圖像的數碼化工作。這些新的資金大部分來自美國宇航局，但約有10%來自其他捐贈者[12]。這些資金使該團隊在2009年11月修復了第二台磁帶機，使其完全恢復了正常運行，這使得圖像恢復進度被大大加速[33]。

未來的保存

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圖像在處理和恢復後，數據被發送到行星數據系統(PDS)[34]-用於美國宇航局任務和地面支持數據的數字存儲庫。行星數據系統由南希·埃文斯共同創建，作為保存和提供行星數據庫的一種途徑。截止2017年4月，所有圖像都已提交到了行星數據系統，同行評審也將於2017年5月開始，並計劃於2017年年中向外開放。

安派克斯 FR-900 磁頭已由科羅拉多斯普林斯市電磁視頻公司(Videomagnetics)翻新，該公司是目前世界上唯一一家仍能整修安派克斯和 RCA Quadruplex 視頻磁頭的公司[24][25]。

另請參閱

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備註

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  1. ^ The Moon View. The New York Times. November 19, 2008 [November 20, 2008]. （原始內容存檔於2008-11-20）. When the photograph was published, in 1966, it looked like a newsprint version of a high-contrast snapshot from space, a stark scattering of whites and blacks. The data from the lunar orbiter was stored on old analog tape drives. Now, imaging experts at NASA have digitized those drives — mining data that could not be recovered when they were first made — and produced a high-resolution version of that historic photograph. 
  2. ^ 2.0 2.1 Wingo, Dennis. Lunar Orbiter Image Recovery Project (LOIRP) Status 20 February 2014. MoonViews. February 20, 2014 [September 23, 2014]. （原始內容存檔於2018-12-05）. 
  3. ^ Wingo, Dennis. Lunar Orbiter Image Recovery Project (LOIRP) Status 24 February 2014. MoonViews. February 24, 2014 [September 23, 2014]. （原始內容存檔於2018-12-05）. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 Johnson, John, Jr. NASA's early lunar images, in a new light. Los Angeles Times. March 22, 2009 [2017-09-25]. （原始內容存檔於2010-02-06）. 
  5. ^ Weiss, Jeremy C. 40 year old space photos?. Weissblog. November 22, 2008. （原始內容存檔於2008年12月6日）. 
  6. ^ Leo, Tom. Saving a Vision of the Moon; CNY Man Helps Launch Effort to Restore First Photos of Earth from Space. The Post-Standard. December 30, 2008. （原始內容存檔於November 5, 2012）. 
  7. ^ Horzempa, Philip. Lunar Orbiter Image Rescue and the NASA Headquarters History Office (PDF). News & Notes (NASA History Division). 2009, 26 (2): 47–49 [2017-09-25]. （原始內容存檔 (PDF)於2017-12-25）. 
  8. ^ Weller, L.; Becker, T.; Archinal, B.; Bennett, A.; Cook, D.; Gaddis, L.; Galuszka, D.; Kirk, R.; Redding, B.; Soltesz, D. USGS Lunar Orbiter Digitization Project: Updates and Status. 38th Lunar and Planetary Science Conference. March 12–16, 2007. League City, Texas.: 2092. March 2007. Bibcode:2007LPI....38.2092W. LPI Contribution No. 1338. 
  9. ^ Hautaluoma, Grey; Edwards, Ashley; Neal-Jones, Nancy. NASA Lunar Mission Successfully Enters Moon Orbit. NASA.gov. June 23, 2009 [April 25, 2014]. （原始內容存檔於2013-11-22）. 
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  11. ^ Cowing, Keith. Image Collection: From a Garage to NASA. MoonViews. November 13, 2008 [2017-09-25]. （原始內容存檔於2018-04-01）. 
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  33. ^ Cowing, Keith. LOIRP Works To Bring Second FR-900 Tape Drive Online. MoonViews. November 12, 2009 [2017-09-25]. （原始內容存檔於2018-12-05）. 
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延伸閱讀

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出版物
新聞

外部連結

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