激光技术创造人造星。

要达到凭人类一己之力创造星星的目标,尚有一段遥远的距离。但这项技术已应用于当今科学领域中。荷兰的应用科学研究机构TNO为欧洲南方 天文台 (ESO) 的特大望远镜(Very Large Telescope,简称VLT)研制了一套投射系统。这种系统即所谓的“光管总成”(OTA),是一套用于创造人造星的复杂投射系统。其高精密的驱动系 统采用两台maxon无刷盘式电机、带主轴和编码器的行星齿轮箱,可确保精确的激光对准。

欧洲南方天文台 (ESO) 是全球学术领域内最为成功的天文台。ESO自1962年成立之日前,便不断为天文学家和天体物理学家提供最为先进的设施。欧洲天文界的旗舰级设备当属位于智利帕瑞纳山顶的“特大望远镜” (VLT),当地的环境对于红外线和可见光范围内的观测提供了最为理想的观测条件。VLT是世界上最为先进的光学仪器,由四台8.2米口径的望远镜(或称“主镜”)以及四台1.8米口径的辅镜(可在导轨上自由移动)构成。荷兰的应用科学研究机构TNO针对VLT开发出一套投射系统。这种所谓的“光管总成” (OTA) 是一套用于生成人造星的复杂投射系统。借助这套系统可将激光射向大气层,以产生人造星。这架光学望远镜是“4激光导星设施” (4LGSF) 的重要组成元件。该设备是采用自适应光学系统的新一代望远镜,即所谓的自适应光学设施 (AOF),已被应用到VLT中。4LGSF由四个功能强大的20瓦激光器构成,用于修正VLT上因大气湍流而导致的图像失真。此外,通过这套新的激光系统,还能使望远镜达到更好的视域。

在通常情况下,望远镜将天空中落于镜片上的光线收集成束,然后将其聚焦到仪器中。采用这种新型技术,人们便可以反其道而行之。望远镜被用来将激光束投射到天空,以产生光点。激光束可激发90公里高度上大气平流层内的一层钠原子。受到激发后,钠原子便会发光。整个过程要求在90公里的高度上达到45 mm的精度。这些发亮的光点可用作人工导星,能降低科学家在其周围进行天文观测时的难度。通过四颗这样的人造星,还能够使VLT达到更好的清晰度。

磁场选择器装置中的maxon驱动系统
OTA光管总成包括一个20倍激光扩束系统和一个主动式多向镜片,也就是磁场选择器装置 (FSM)。该装置与一个由膜片弹簧和支柱组成的架构相连接,采用这种架构仅允许进行倾斜和摆动运动。FSM的镜片直径为100 mm。它能够围绕两条正交轴平行于镜面转动。(图2)FSM镜片的转动能使射向空中的激光束对准角度作不对称减小反应。镜片采用弹性安装方式,能借助高刚性自锁式调节装置进行校准。使用传感器直接测量镜片相对于基座的位置,以确保达到所需的绝对精度。
采用的maxon motor驱动系统能准确地帮助FSM装置中的镜片完成倾斜和摆动动作,由此便能够为射向天空的激光束提供精确的校准。望远镜中的每个FSM单元都配备有两台电机。对于传动装置的构建来说,最具决定性的就是其动态性能。目前市面上仅有极少数传动装置配备有满足此项要求的自锁功能。因此,TNO便以maxon标准主轴驱动为基础,并结合行星齿轮箱及内置的滚珠螺杆,研发出一套高精度弹簧变速传动系统。其作用方式请见图3:电机转动时,螺母便会挤压一个软弹簧。软弹簧又对与镜片支架相连的硬弹簧施加压力。软硬弹簧之间的刚性比为1:22,因此螺母的运动能引发镜片进行一个小22倍的动作。通过这种方式,便可在尽量不影响FSM动态特性的情况下,显著提高分辨率。FSM单元的结构高度有限,因此无刷盘式电机是其最佳的选择。

 © maxon motor ag

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