التعريف بالنظم الميكانيكية الإلكترونية في المقراب العالية الدقة

ويتوقف علم الفلك الحديث على القنوات القادرة على حل تفاصيل دقيقة عن المجرات البعيدة والطائرات الفوقية والظواهر العابرة، ويصبح تحقيق الدقة في المرحلة الثانوية - ما يعادل ضرب سنت من ٤٠ كيلومترا - الاحتياجات أكثر من البصريات العالية الجودة، ويتطلب نظما كهربائية متطورة تتحكم في كل حركة، من الانحراف إلى هدف التكييف الميكانيكي للأرض.

وتقدم هذه المادة نظرة متعمقة على مكونات النظم الكهروميكانيكية وتطبيقاتها ومزاياها والتحديات التي تواجهها في عمليات المقراب العالية الدقة، وندرس كيف يمكن لهذه النظم من تحقيق انجازات في الفيزياء الفلكية، من تتبع الكويكبات القريبة من الأرض لاستخلاص عينات من الغلاف الجوي للسياحة.

العناصر الرئيسية للنظم الميكانيكية الإلكترونية

ويمكن تقسيم كل نظام كهربائي آلي من التلسكوب إلى أربعة نظم فرعية رئيسية: المُصوّر، والمجسّسات، والمراقبون، وإدارة الطاقة، ويجب أن يعمل كل منها بأقل قدر من الكفاءة والتكرار العالي.

المشتغلون: المحركات والمركبات

وتستخدم أجهزة التلسكوب نوعين رئيسيين من السيارات: ] محركات خطية و] محركات محمية . وتتحرك المحركات الاصطناعية في خطوات مفصولة، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات منخفضة السرعة ومرتفعة التردد مثل آليات التركيز(5).

Encoders and Position Sensors

(ب) تحول المشغلات التناوبية إلى إشارات رقمية، وتحتفظ أجهزة الترميز المطلقة بموقعها حتى بعد فقدان الطاقة، بينما تقيس أجهزة الترميز الإضافية الحركة النسبية، وتستعمل أجهزة التلسكوب العالية الدقة أجهزة تشفير أو أجهزة ربط الشرائط مع آلاف الخطوط لكل ثورة، وتحصل على قرارات تبلغ 0.01 من الميكانيكيين أو الميكانيكيين الثانويين.

المراقب المالي: تجهيز الوقت الحقيقي

The controller (often a programmable logical controller or a dedicated motion controller) processes sensor data and executes control cycles at rates exceeding 1 kHz. PID (proportional-integral-derivative) algorithms are standard, but modern Telscopes also employ airspace-forward and model predictive control to anticipate

إمدادات الطاقة وتكييفها

فالقوة المستقرة غير قابلة للتفاوض، ويمكن أن تُحدث تقلبات التقلبات في التعقّب، وتُفضّل إمدادات الطاقة الخفية التي تحتوي على ضوضاء شديدة الحساسية (مثل أجهزة مراقبة الكاميرا)، بينما تُستخدم إمدادات التبديل في محركات السيارات ذات الدفعات العالية الجارية، وتستخدم مرافق كثيرة إمدادات طاقة غير قابلة للانفجار ونظم أرضية لعزل الضوضاء الكهربائية من هيكل المقراب.

التطبيقات في عمليات التلسكوب

والنظم الميكانيكية الكهربائية ليست مجرد نقل التلسكوب - فهي جزء لا يتجزأ من كل مرحلة من مراحل المراقبة.

نقطة الحضيض وسحبها

Slewing-rotating the Telscope from one target to another-must be both fast and accurate. A typical slew might cover 180° in azimuth and 60° in altitude within 30 seconds. The electromechanical system accelerates the massive structure, then decelerates - smoothly to within 1 arcsecond of the commanded position. Encoder feedback and a high-quality mount model (deralid from pointing caexlib

تعقب الزمن الحقيقي

ومع تناوب الأرض، يجب أن يعوض المقراب عن إبقاء نجمة في الميدان، وتعديل معدلات التتبع السيدي )ثورة واحدة لكل ٢٣/٥٦م( بإدخال تصويبات صغيرة بسبب الانحطاط الجوي، والانحرافات الحادية، والحركة الصحيحة، ويجري العمل بالتتبع عن طريق مراقبة الغلق: يقوم جهاز التحكم بتعديل سرعة المحرك الشمسي استنادا إلى سرعة الترميز، وأحياناً ينبغي أن يكون هناك جهاز توجيهي مستقل.

Auto —Guiding and Active Optics

وحتى مع التتبع المثالي، فإن رؤية الغلاف الجوي والتلسكوب يسبب الانجراف في الصورة، إذ تلتقط آلة تصوير محرك آلي نجمة وقابلات للستيرويد المحتوية على مرشد، وترسل تصويبات إلى الخلية الثانية للمذياع أو إلى معدل التتبع المتصاعدي، وتدمج النظم الحديثة التصورات التفاعلية :

مزايا النظم الكهربائية الميكانيكية

وبالمقارنة مع النظم الميكانيكية أو الهيدرولوجية القديمة، فإن التصميمات الكهروميكانيكية توفر فوائد حاسمة.

  • Sub‐arcsecond precision]: With high — resolution encoders and low —friction bearings, pointing errors of 0.1 arcseconds are achievable.
  • Automation and remote operation]: يمكن للمرصدات أن تجري دون تأخير بين عشية وضحاها، وأن تنفذ ملاحظات مُحددة حسب الطلب مع معايرة آلية.
  • Reliability]: Solidstate electronics, brushless motors, and sealed encoders reduce wear. Mean time between failures for modern drive systems often exceeds 10,000 hours.
  • Flexibility]: يمكن للبرمجيات أن تعيد تشكيل بارامترات مراقبة لمختلف الصكوك (مثل التحول من التركيز الرئيسي إلى مراكز تنسيق الناسميث) دون تغيير في المعدات.

التحديات والإعالة

وعلى الرغم من مزاياها، تواجه النظم الكهروميكانيكية تحديات مستمرة.

الوزن الميكانيكي والفطري

وتعاني البقعة والعتاد والكابلات من الإجهاد المتسارع، ويُستخدم المقراب الممتد من 30 متراً حمولات غير مباشرة ضخمة؛ ويمكن أن يتسبب سوء الرطوبة في تعقّب يتدهور، كما أن التفتيش المنتظم لأوابيب السعال، والعتاد الدودي، ولفائف الكابلات أمر أساسي.() ويجب أن تخفف [(FLT:0]) من نظام " جيمزج " (Wbb Space Telescopee:1].

معايرة ونمذجة

وتتطلب جميع المقاريب نماذج إرشادية تُعزى إلى ازدهار الجاذبية، والتوسع الحراري، ومقابلات المحارم، ويتضمن وضع نموذج دقيق رسم خرائط للعديد من النقاط عبر السماء، وتجهيز عملية التعددية - عملية مستهلكة للوقت، وتتطلب عوامل بيئية مثل هزات الرياح، أو تحميل الثلوج، أو درجات الحرارة تصحيحاً تكيفياً.

الإدارة الحرارية

وتولد المكونات الميكانيكية الكهربية الحرارة، ويمكن للأجهزة المتحكمة وأجهزة الإمداد بالطاقة أن ترفع درجة الحرارة المحلية، وأن تخلق اضطراباً (الرؤية) في الصورة المختلطة، وتستخدم المرصد التبريد السلبي (بالوعات الحرارية، وثغرات السوائل) وفي بعض الأحيان التحكم في درجات الحرارة النشطة، وتدمج مرايا التلسكوبيو نظاما للتكييف الحراري الذي يحتفظ بالخلية المروية في حدود 0.5 درجة مئوية من الأم.

Electromagnetic Interference (EMI)

وتنتج إمدادات الطاقة البديلة وسائقات السيارات ضوضاء كهربائية يمكن أن تفسد أجهزة الكشف الحساسة أو المعدات المساعدة، والدرع والخرز المعماري والأساليب المعزولة إلزامية، ولكثير من المقاريب غرف كهربائية منفصلة للسيارات، بعيدا عن كاميرات العلوم.

التطورات المقبلة

ويبشر البحث الجاري بزيادة تحسين النظم الكهروميكانيكية للتلسكوبات.

أعلى درجة

وقد بدأ ظهور مشفرات تتداخل بين المقاييس لقياس التشريد على نطاق النانومترات، وعندما تكون هذه العوامل مدمجة مع بصري التكيف، فإنها يمكن أن تتيح نشر صور محدودة حتى في حالة ضعف الرؤية.

تعليم الآلات لأغراض الصيانة الافتراضية

ومن خلال رصد التيار المحركات، والهزاز، ودرجة الحرارة، يمكن للخوارزميات التي تتعلم الآلات أن تتنبأ بفشل أو سوء فهم قبل ذلك بأسبوع، ويعتزم مرصد فيرا س. روبن استخدام هذه النماذج التنبؤية في جدول أعمال الصيانة في النهار.

مواد الوزن الخفيف وقود مباشر

وتخفض هياكل المحركات المتحركة المتحركة التي تعمل بالسيارات المتحركة، مما يتيح سرعة السحب وانخفاض استهلاك الطاقة، وسيستخدم المقراب الأوروبي الكبير جداً الموصلات المباشرة على جميع المحاور، حيث يتجاوز مجموع الكتلة المتحركة 000 3 طن، مع ذلك، مما سيشير إلى ما يزيد على 0.5 ثانية.

عدد من الاستشعارات

ويمكن أن تحل البحوث التي تجرى في أجهزة الاستشعار الكمي للجماركات المتناهية الصغر محل الجراجات الآلية للإشارة إلى الموجات فوق المستقرة، وهي أقل عرضة للانجراف ويمكن أن تعمل لسنوات دون إعادة التأهيل.

خاتمة

إن النظم الميكانيكية الكهربائية هي العمود الفقري لعمليات المقراب الحديثة ذات الدقة العالية، ومن أصغر أجهزة التصوير المحمولة إلى الـ 39 متراً، فإن دمج الإلكترونيات والبرامجيات وميكانيكيات الدقة سيمكن علم الفلكيين من فحص الكون بوضوح شديد، حيث أن التحديات مثل الإدارة الحرارية والارتداءات تُعالج من خلال نظم أكثر ذكاء وضبط المستقبل.