美国国家航空航天局(NASA)信任奇石乐传感器解决方案,测试詹姆斯·韦伯太空望远镜


詹姆斯·韦伯空间望远镜是人类历史上最宏大、最复杂的太空探索项目。美国国家航空航天局(NASA)选用奇石乐测量技术,对韦伯空间望远镜开展力限振动测试(FLVT)和力学测试,并在望远镜主镜及科学仪器单元的多项测试流程中使用了奇石乐三轴力传感器及超低温加速度计。

1610年,意大利天文学家伽利略利用世界上的第一台太空望远镜观察宇宙,使人类首次得以观测月球表面的陨坑与山脉。四百年后,NASA与加拿大航天局、欧洲航天局联合研发了人类史上最庞大、最复杂的太空望远镜——詹姆斯·韦伯空间望远镜(简称“韦伯空间望远镜”)。韦伯空间望远镜的主镜由18片巨大的六边形子镜构成,完全展开后高约22英尺,宽约20英尺。2021年12月25日,韦伯空间望远镜由阿丽亚娜五型火箭从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空。由于体型巨大,韦伯空间望远镜以折叠状态发射,最后在太空中逐步展开。从主镜设置,到对齐校准,再到设备冷却和科学仪器调试,韦伯空间望远镜在太空中的安装过程长达六个月!

成百上千位科学家和工程师曾参与韦伯空间望远镜项目,令他们感到欣慰的是,该项目迄今为止仍保持正常运作。2022年1月24日,韦伯空间望远镜顺利进入围绕日地系统第二拉格朗日点(L2)的运行轨道;在这个特殊的位置上,韦伯空间望远镜能够以最低的能耗与地球保持相对静止,它将始终停留在夜半球一面,与地球同步绕太阳运行。韦伯空间望远镜完全基于红外技术运作,能够观测到以往所有空间望远镜都难以触及的宇宙深处:凭借卓越的灵敏度,它能够捕捉来自135亿年前宇宙诞生之初的光线。此外,韦伯空间望远镜还将观测地球周围,推动行星和外行星系研究。那么,韦伯空间望远镜究竟是如何建造的,又经历了哪些重要过程呢?

NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜能够比以往更深入地观察宇宙的过去。
詹姆斯·韦伯太空望远镜的镜面尺寸约为7×6米,能够比以往更深入地观察宇宙的过去。

奇石乐产品在戈达德太空飞行中心助力韦伯空间望远镜完成力限振动测试

韦伯空间望远镜的主镜建造从2004年持续至2011年,其科学仪器则于2013年至2016年建造安装,之后在马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心完成组装。光学望远镜部件(OTE)与综合科学仪器模块(ISIM)共同构成了整个望远镜的核心功能组件,合称为OTIS。2016年11月至2017年2月,研发人员在将OTIS连接至遮阳板和航天器之前,对其进行了力限振动测试。

”在力限振动测试中,我们使用了三种类型共计28个奇石乐力传感器,他们被安装在与振动台相连的夹具上。尽管我们在12月初的第一个轴测试中遭遇了异常状况,但整体测试过程仍十分顺畅。由于本次的被测单元具有极为特殊的性质,我经历了职业生涯中最漫长的测试流程。“

Brian Ross,戈达德太空飞行中心结构动力学测试小组负责人,当时担任项目的主管工程师

测量人员通过部署基于精准力学测量技术的闭环控制(CLC)系统,对韦伯空间望远镜OTIS结构开展了三个正交轴方向上的振动测试。此外,测量链中集成电荷放大器,包括奇石乐5080A型多通道实验室电荷放大器。依靠信号求和及精密计算,测试小组成功搭建了一套闭环控制系统,避免因过度测试而使昂贵的被测单元OTIS受损。

低温加速度计,助力极致精准

韦伯空间望远镜对精准度的要求极高:例如,子镜部件的对齐必须达到完美。为了实现绝对精准,望远镜配备132个支持纳米级别定位的作动器;此外,须将一切计划外的微小振动纳入考量。因此,测试人员选择在正弦振动、声学测试和冲击测试等多种振动测试中部署六种不同类型的奇石乐加速度计;此时此刻,奇石乐8793A500低温加速度传感器已成为韦伯空间望远镜的一部分,在无尽的太空中翱翔。

“奇石乐三轴加速度计的测量范围可达500g,还支持在25K的低温环境下运行,因此成为了我们的理想选择。“戈达德太空飞行中心韦伯空间望远镜首席结构工程师Sandra Irish表示。”三轴加速度计将在测试后随韦伯空间望远镜一同升空,它们的性能十分优异;其他将在测试后被移除的加速度计也展现出令人满意的测量效果。这里的许多产品都是为了满足韦伯空间望远镜项目的测试需求而专门采购和使用的。”

在成功完成戈达德太空飞行中心的各项测试后,OTIS于2017年被运往NASA在休斯顿的约翰逊航天中心,在一座庞大的热真空箱中接受热环境测试。2019年,在诺斯洛普·格鲁曼公司的加利福尼亚州Space Park,OTIS与遮阳板和航天器进行了组装;组装完成的韦伯空间望远镜正式进入最终测试和发射准备阶段,并于2021年下半年成功发射升空。现在,科学家和公众人士都在热切盼望韦伯空间望远镜发回宇宙照片,为人类揭秘被黑暗掩盖的宇宙起源。仅仅再过几个月,第一批图像、结果和数据将提供给全世界的科学界。

全新L2红外线望远镜已进入发射筹备阶段

与此同时,NASA正准备发射另一台引人注目的空间望远镜。为纪念NASA二十世纪最伟大的首席天文学家南希·格雷斯·罗曼,原“广域红外空间望远镜”(WFIRST)更名为南希·格雷斯·罗曼空间望远镜,简称“罗曼空间望远镜”。罗曼空间望远镜与韦伯空间望远镜同为红外望远镜;它的主镜比韦伯空间望远镜略小,但是视野更广阔,并将重点关注暗物质和系外行星研究。罗曼太空望远镜预计将于2026年发射,前往与韦伯空间望远镜相同的目的地——第二拉格朗日点。罗曼空间望远镜的主要研发、建造和测试工作都将在戈达德太空飞行中心完成,其所有主要部件都将在这里完成建造与测试:不仅包括望远镜主体,还包括防护装置和航天器。Brian Ross表示:“我们已制定未来两年的研发计划,同时,我们还会对设施进行升级,确保能对望远镜的整体结构开展测试。我们将再次利用奇石乐的技术,对罗曼空间望远镜的所有组件开展三次力限振动测试,重现韦伯空间望远镜的圆满成功。”

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