مقدمه ای بر سیستم های الکترومکانیکی در تلسکوپ های تصمیم گیری بالا

نجوم مدرن بستگی به تلسکوپ هایی دارد که قادر به حل جزئیات دقیق کهکشان های دور، سیارات فراخورشیدی و پدیده های گذرا هستند. دستیابی به دقت زیر-کمال دوم – معادل ضربه زدن به یک تار از ۴۰ کیلومتر – بیش از اپتیک های با کیفیت بالا به عنوان سیستم های الکترومکانیکی پیچیده که هر حرکت را کنترل می کنند، از تخریب تا هدف برای جبران این سیستم های چرخش زمین، این سیستم های مکانیکی و سیستم های کنترل نوری، به عنوان یک سیستم های کنترل الکترونی مکانیکی مهم تر، به عنوان یک سیستم های کنترل الکترونی و سیستم های کنترل الکترونی است.

این مقاله نگاهی عمیق به اجزای، برنامه ها، مزایا و چالش های سیستم های الکترومکانیکی در عملیات تلسکوپ با دقت بالا می دهد.ما بررسی می کنیم که چگونه این سیستم ها پیشرفت های موجود در آسترفیزیک را از ردیابی سیارک های نزدیک زمین برای گرفتن طیف وسیعی از اتمسفر های سیاره ای را فعال می کنند.

اجزای کلیدی سیستم های الکترومکانیکی

هر سیستم الکترومکانیکی تلسکوپ را می توان به چهار زیر سیستم اولیه تقسیم کرد: محرک ها، سنسورها، کنترل کننده ها و مدیریت قدرت هر کدام باید با تأخیر حداقل و تکرار بالا کار کنند.

بازیگران: Motors and Drives

تلسکوپ ها از دو نوع اصلی موتور استفاده می کنند: stepper engine و servo موتورهای موتور های گام در مراحل جداگانه حرکت می کنند، و آنها را برای برنامه های با سرعت پایین، بالا ذخیره سازی مانند مکانیزم های تمرکز مناسب می کند.

ویژگی های بازی و Position Sensors

تبدیل موقعیت چرخش به سیگنال های دیجیتال. رمزگذارهای مطلق حتی پس از از از دست دادن قدرت حفظ موقعیت می کنند، در حالی که کدرهای افزایشی حرکت نسبی را اندازه گیری می کنند، تلسکوپ های با دقت بالا از رمزگذار نوار یا رمزگذاری کننده های حلقه با هزاران خط در هر انقلاب استفاده می کنند، دستیابی به قطعنامه های 0.01 قوس ثانیه یا جریمه.

کنترل کننده ها: پردازش زمان واقعی

کنترل کننده (اغلب یک کنترل کننده منطقی برنامه ریزی شده یا کنترل کننده حرکت اختصاصی) داده های سنسور را پردازش می کند و حلقه های کنترل را با نرخ بیش از 1 کیلوهرتز اجرا می کند. ]PID (proportional-integral-integral-derive) الگوریتم های شبکه (FLT-1 استاندارد هستند، اما تلسکوپ های مدرن همچنین از طریق یک مانیتور شبکه همگام سازی بالا استفاده می کنند.

تجهیزات برق و شرایط

قدرت پایدار غیر قابل مذاکره است. نوسانات ولتاژ می تواند در ردیابی jitter را معرفی کند.منبع های قدرت خطی با صدای فوق العاده کم برای الکترونیک حساس ترجیح داده می شوند (به عنوان مثال، کنترل کننده های دوربین)، در حالی که تجهیزات سوئیچ با درایوهای موتور در حال حاضر بالا کار می کنند، بسیاری از امکانات از منابع قدرت غیر قابل تفسیر (UPS) و سیستم های زمینی برای جدا کردن صدای الکتریکی از ساختار تلسکوپ استفاده می کنند.

برنامه های کاربردی در عملیات تلسکوپ

سیستم های الکترومکانیکی صرفا برای حرکت تلسکوپ نیستند بلکه برای هر مرحله از مشاهده جدایی ناپذیر هستند.

نقطه گذاری دقیق و Slewing

Slewing – تقویت تلسکوپ از یک هدف به هدف دیگر – باید هر دو سریع و دقیق باشد.یک ماشین معمولی ممکن است 180 درجه در azimuth و 60 درجه در ارتفاع در عرض 30 ثانیه پوشش دهد.سیستم الکترومکانیکی سرعت ساختار عظیم را افزایش می دهد، سپس به آرامی به داخل 1 قوس دوم موقعیت فرمان داده شده، جوش و یک بررسی با کیفیت بالا (r0) برای تکرار منحنی و تکرار آن، منحنی معکوس کردن آن، و خطا.

ردیابی زمان واقعی

همانطور که زمین چرخش می کند، تلسکوپ باید یک ستاره را در میدان نگه دارد. نرخ ردیابی جانبی (یک انقلاب در هر 23h56m) با اصلاحات کوچک به دلیل تخریب اتمسفر، یک شتاب خورشیدی به طور مداوم و حرکت صحیح اجرا می شود. ردیابی از طریق کنترل حلقه بسته: سرعت موتور کنترل کنترل کنترل بر اساس سرعت کدر تنظیم می شود و گاهی اوقات هدایت جداگانه برای ردیابی خورشید باید از سرعت حرکت خورشید استفاده کند.

Auto-Gucing و Active Optics

حتی با ردیابی کامل، انعطاف پذیری اتمسفر و تلسکوپ باعث حرکت تصویر می شود. [۱] یک دوربین خودکار یک ستاره راهنما را ضبط می کند و خطاهای ریدایرکت شده را محاسبه می کند، اصلاحات را به نوک آینه ثانویه تلسکوپ ارسال می کند یا به سرعت ردیابی کوه، سیستم های مدرن شامل (FLT:0 اپتیک فعال:]: شکل اولیه آینه تنظیم شده توسط سه بخش حرارتی و تنظیم شده توسط فاز نظارت حرارتی.

مزایای سیستم های الکترومکانیکی

در مقایسه با سیستم های مکانیکی یا هیدرولیک قدیمی، طرح های الکترومکانیکی مزایای قاطعی را ارائه می دهند.

  • دقت زیر هسته ای [FLT 1]: با کدنویسان با وضوح بالا و ولتاژ کم، اشاره به خطاهای 0.1 قوس ثانیه قابل دسترس است.
  • Automation و عملیات از راه دور [FLT 1]: Observatories می تواند شب ناخواسته اجرا شود، اجرای مشاهدات صف شده با کالیبراسیون اتوماتیک.
  • قابلیت اطمینان : جامد-state الکترونیک، موتورهای بدون برس و رمزگذار مهر و موم شده کاهش سایش، به معنی زمان بین شکست برای سیستم های درایو مدرن اغلب بیش از ۱۰۰۰۰ ساعت است.
  • : نرم افزار می تواند پارامترهای کنترل را برای ابزارهای مختلف (به عنوان مثال، تغییر از تمرکز اول به ایستگاه های مرکزی ناسامی) بدون تغییرات سخت افزاری.

چالش ها و تعمیر و نگهداری

با وجود مزایای آن، سیستم های الکترومکانیکی با چالش های مداوم مواجه هستند.

لباس های مکانیکی و خستگی

چراغ ها، دنده ها و کابل ها استرس چرخه ای را تجربه می کنند. Slewing یک تلسکوپ 30 متری بارهای بیکار بزرگ را معرفی می کند؛ مرطوب کردن ضعیف می تواند باعث نوساناتی شود که ردیابی منظم لوله های گشتاور، دنده های کرمی و بسته بندی های کابل به طور منظم ضروری است. جیمز و تلسکوپ فضایی این را با یک سیستم دفع کننده، اما باید جایگزین شود.

کالیبراسیون و مدل سازی

تمام تلسکوپ ها نیاز به مدل های اشاره دارند که برای انعطاف پذیری گرانشی، گسترش حرارتی و جبران های کد کننده حساب می کنند.ایجاد یک مدل دقیق شامل نقشه برداری بسیاری از نقاط در سراسر آسمان و هیدروژل های مناسب است - یک فرآیند زمان بر محیط زیست مانند لرزش باد، بارگیری برف یا گرادینت های دما نیاز به یک اصلاح سازگار دارد.

مدیریت حرارتی

اجزای الکترومکانیکی گرما تولید می کنند. Motors، کنترل کننده ها و منابع برق می توانند دمای هوای محلی را بالا ببرند، ایجاد آشفتگی (دیدگاه) که تصاویر را محو می کند. Observatories از خنک کننده منفعل (برخلوط حرارت، حلقه های مایع) و گاهی اوقات کنترل دمای فعال استفاده می کنند.

الکتروماتیک (EMI)

انتقال برق و رانندگان موتور تولید سر و صدای الکتریکی است که می تواند آشکارسازهای حساس فاسد یا تجهیزات کمکی را به کار گیرد.سپرینگ، مهره های فریت و زمینه های جدا شده اجباری هستند. بسیاری از تلسکوپ ها دارای اتاق های الکتریکی جداگانه برای درایوهای حرکتی هستند، به دور از دوربین های علمی.

توسعه های آینده

تحقیقات مداوم وعده می دهد تا سیستم های الکترومکانیکی بیشتری را برای تلسکوپ ها بهبود بخشد.

گزینه های پیشرفته تر Resolutions

کدرهای Interferometric که جابجایی در مقیاس نانومتر را اندازه گیری می کنند، در هنگام یکپارچه شدن با اپتیک تطبیقی، این می تواند تصویر برداری محدود از حد پراکندگی را حتی در دید ضعیف، امکان پذیر کند.

یادگیری ماشین برای تعمیر و نگهداری پیش بینی کننده

با نظارت بر جریان حرکتی، ارتعاشات و دما، الگوریتم های یادگیری ماشین می توانند پیش بینی شکست یا ناسازگاری هفته ها را در پیش بگیرند. رصدخانه Vera C. Rubin قصد دارد از چنین مدل های پیش بینی شده برای برنامه ریزی تعمیر و نگهداری در طول روز استفاده کند.

مواد سبک وزن و Direct Drive

ساختارهای فیبر کربن و موتورهای محرک مستقیم جرم متحرک را کاهش می دهند، که باعث می شود تا سرعت بیشتری از بین برود و مصرف برق پایین تر شود. تلسکوپ بسیار بزرگ اروپایی (E-ELT) از درایوهای مستقیم در تمام محورها استفاده می کند، با یک توده متحرک که بیش از ۳۰۰۰ تن هنوز طراحی شده است تا به بهتر از ۰٫۵ قوس ثانیه اشاره کند.

مشخصات بازی Quantum-Enhanced Sensing

تحقیقات در مورد سنسورهای زاویه کوانتومی می تواند جایگزین ژیروسکوپ مکانیکی برای نقطه گذاری فوق العاده قابل تحمل شود، این ها کمتر مستعد حرکت هستند و می توانند برای سال ها بدون کالیبراسیون کار کنند.

نتیجه گیری

سیستم های الکترومکانیکی ستون فقرات عملیات تلسکوپ با دقت بالا مدرن هستند.از کوچکترین تصویربرداری قابل حمل تا 39 متر ELT، همجوشی الکترونیک، نرم افزار و مکانیک دقیق، ستاره شناسان را قادر می سازد تا با وضوح بیشتر از این ستاره ها، کیهان را بررسی کنند، زیرا چالش هایی مانند مدیریت حرارتی و اکتشافات ماده از طریق مواد هوشمند و الگوریتم های کنترل، تلسکوپ های آینده به ثبات و دقت دست خواهند یافت که امروزه به نظر می رسد از این سیستم های تکاملی جدید - از این تغییرات جدید - جلوگیری می کنند.