Каждая из двух камер NAC LRO оборудована сканирующей линейкой, состоящей из 5064 светочувствительных элементов (пикселей) в ширину и 42 элементов в длину. С высоты 50 км на каждый светочувствительный пиксель проецируется изображение поверхности площадью 0,5×0,5 м. Камеры снимают с экспозицией (выдержкой) от 35 до 0,34 миллисекунды, т. е. за это время каждый сканирующий фотоэлемент матрицы должен накопить достаточное количество фотонов, чтобы записать изображение и перейти к регистрации потока света со следующего квадрата местности.

Тут-то и сказывается скорость космического аппарата. На высоте 50 км скорость окололунного аппарата составляет 1656 м/с. Съемка с длинной выдержкой (35 миллисекунд) приведет к тому, что поверхность под спутником сместится на 58 м, на каждый пиксель запишется изображение тех же самых 58 м вместо 0,5 м и кадр будет «сжат» в направлении полета. Только самая короткая выдержка в 0,35 миллисекунды позволяет NAC LRO снимать достаточно резкие кадры с высоты 50 км.

На некоторых этапах полета LRO высота орбиты оказывается ниже 50 км. Даже в штатном режиме полета над экватором нижняя точка орбиты колеблется от 75 до 35 км. В нескольких случаях космический аппарат снижался еще ниже – почти до 21 км. Отсюда ему удалось сфотографировать место посадки Apollo 17 и советский «Луноход-2». Другие места пилотируемых прилунений удавалось снять с высоты 24–25 км, но удвоить разрешение снимков Луны не удалось из-за орбитальной скорости и ограниченной длительности экспозиции.

Луномобиль LRV Apollo 17 (слева) и последняя стоянка «Лунохода-2» (справа) – самые близкие к Луне кадры, снятые LRO с высоты 22 км. NASA

На самой короткой выдержке камера NAC LRO может нормально снимать не ниже 50 км. Снижение высоты полета вдвое приводит к сокращению вдвое и площади наблюдаемой поверхности, но выдержку вдвое укоротить уже невозможно, поэтому на каждый пиксель сканирующей линейки записываются те же 0,5 м, которые пролетают под космическим аппаратом за 0,35 миллисекунды.

Подобный эффект фотографы называют «роллинг шаттер»; он возникает, когда ПЗС-матрица не успевает записывать движение быстрого объекта. На современных фотокамерах такой дефект редко встречается, но не будем забывать, что LRO летает больше десяти лет, а электроника его камеры создавалась вообще в начале 2000-х.

Место посадки Apollo 17, снятое LRO с высоты 138 км, 44 км и 22 км (слева направо). NASA

Самая лучшая на сегодня фотография места прилунения по программе Apollo (Apollo 17), снятая LRO с высоты 22 км. NASA

К счастью, этот эффект действует на лунную камеру только по длинной части кадра – в направлении полета, по ширине же разрешение удается повысить примерно до 0,25 м, т. е. вдвое. Так что снижением вдвое высоты полета LRO можно повысить качество снимка, но не в два раза, а примерно в полтора.

В съемке с высоты 50 км на каждый квадратный пиксель сканирующей линейки камеры NAC LRO попадает свет с поверхности Луны размером 0,5×0,5 м. Если же приблизиться к поверхности до 25 км, но не снизить вдвое скорость, то в каждый квадратный пиксель сканирующей линейки NAC LRO попадет свет с прямоугольника поверхности Луны размером 0,25×0,5 м, т. е. в направлении полета итоговое изображение будет сжато. Восстановить полученное изображение до нормального несложно – достаточно растянуть кадр вдвое. В результате фотография получается выше качеством, чем с высоты 50 км, но, поскольку простое «растяжение» не добавляет новой информации, итоговое разрешение снимка оказывается где-то между 0,25 и 0,5 м.