NASA的深太空網絡(DSN)包括一個國際網絡化的超靈敏接收系統及大型碟式天線,天線用于完成行星間航天任務及無線、雷達對宇宙太陽系的觀察。DSN也接受部分環地球航天任務,故他們擁有3個深太空通訊設備,相互約呈120度角,覆蓋整個地球,分別位于加州的莫哈韋沙漠,西班牙的馬德里及澳大利亞的堪培拉。這些日夜不間斷的設備每時每刻監測著衛星、宇宙探測器、航天飛船(甚至地球的旋轉),成就了DSN這一世界上最大的科學電信系統。
DSN 3個深太空通訊設備之一,相互間呈120度角覆蓋整個地球
JPL需在24H內收到數據,有些數據來自探測器,傳輸速度大于每小時30,000英里。所以,所有的天線都必須保持一絲不茍,否則,這些無法恢復的數據就會永遠丟失。
在眾多任務中,DSN正在追蹤的是被譽為航海者1號和航海者2號的太空探測器,它們于1977年發射升空,如今距離地球90億英里,正駛向太陽系的另一端。JPL成立于1944年,由加州技術協會主管,為NASA管理DSN天線,這些天線用于追蹤航海者號及其他探測器,接收關于地球、宇宙的科學數據。
這張由航海者1號記錄下的木星大紅點照片通過NASA的深太空網絡傳輸回地球
去年夏天在位于馬德里的DSN基地,工程師們在為一個約230英尺長的天線進行維修升級時發現,在天線的大型高度軸承系統中有裂痕。這些軸承支撐著天線旋轉、傾斜上下時產生的4百萬磅重量。在2006年6月即發現2組高度軸承存在裂痕,但天線的修復卻要長達4至7個月。
DSN網絡運營控制中心(NOCC)
最大的天線之一出了問題雖有不便但仍可以解決。作為補救,將小型天線排列起來一同支撐擁有更高傳輸速率的70米長的天線。 此外,降低宇宙飛船的數據速率使得34米長的天線能夠承擔這些任務。
不久,JPL就意識到他們面臨的是一個嚴重的問題。馬德里軸承上的裂縫預示著第二次開裂可能會在約16年后。科學家和工程師們覺得一定是什么問題引起這一系列過早損壞。
為了查明問題的確切原因,馬德里230英尺的天線軸承將被拆除,用傳感器將光、聲、壓力等其他非電力轉換成電信號的儀器代替現有的墊片。將電信號輸出(一般約幾毫伏)通過運算法則計算出應力。
在馬德里,類似的天線都會安裝載荷傳感器及SNAP PAC系統,以監測在大型高度軸承系統中出現裂痕的原因
在馬德里天線的案例中,測量受力有效地反映了天線沿軸承轉動時的重量。為了進行測量,JPL與加州San Dimas 的Force Switch公司簽訂了合同,為其設計并制造常規的5/8”厚度板(每個板有35個載荷)。這樣就能完全匹配天線底部而無需打亂原有直線型或變向。除了尺寸上的定制,Force Switch公司(專業從事力測量、重力測量、液位測量等解決方案)還將滿足JPL在載荷上的其他要求,主要是信號調節方面的問題。
這些特別設計的載荷板會輸出毫安信號而不是典型的毫伏單位,這一點非常重要,因為載荷元件能與Opto 22 SNAP PAC系統直接連接。
尤其是SNAP模擬輸入模塊將4個獨立板(每個板對應一組軸承)與SNAP PAC EB2處理器(智能處理器)連接,處理器將接收載荷元件的信號—以模擬電流輸入形式表示(范圍從–20 mA 到+20 mA)¬¬—每隔1秒掃描一次。
EB2是在今年春季發布的,作為Opto 22 SNAP PAC家庭中最新成員,用于自動化、監控及數據采集。
SNAP PAC EB2處理器擁有雙10/100 Mbps以太網接口,尤其適用于多支路架構正像JPL所需要的,Opto 22高級技術顧問Tom Edwards解釋道。
Edwards及其他Opto 22工程師一起為JPL提供了售前咨詢,并幫助DSN天線項目制定了要求。他們一同計劃了項目使用長距離纜線(約300英尺),4個載荷板/軸承位置設置分布式I/O。Edwards認為SNAP-PAC-EB2處理器能夠為JPL提供菊花鏈狀的分布式I/O,集中所有載荷元件讀數返回給一個智能控制器,如Opto 22 SNAP-PAC-R2可編程自動化控制器,提供多重連接用于SNAP PAC系統及SQL數據庫的數據交互。
現在,JPL正使用Opto 22來設計系統讀取140個在1Hz段上的模擬信號(每秒鐘掃描一次),盡可能接近同步。最后,頻率能增至4Hz甚至更高。
有了SNAP PAC系統持續監測并記錄來自天線各個軸承位置的載荷數據,JPL很快就能得到數據進行研究,推斷并最終找到軸承開裂的原因。
(審核編輯: 智匯小新)
分享