作為NASA哈勃望遠(yuǎn)鏡的下一代后繼設(shè)備,韋伯空間望遠(yuǎn)鏡(The James Webb Space Telescope,JWST)基于NI LabVIEW FPGA技術(shù),順利通過(guò)了2013年發(fā)射前的重要測(cè)試關(guān)卡。JWST的一個(gè)重要元素是近紅外線聲譜儀(Near Infrared Spectrograph, NIRSpec),該裝置具備了超過(guò)250,000個(gè)微型快門來(lái)幫助人們更好地觀察成千上萬(wàn)的遙遠(yuǎn)星系,以更好地認(rèn)識(shí)宇宙起源。這些微型快門實(shí)際上是微電機(jī)系統(tǒng)裝置(microelectromechanical system,MEMS),其作用類似于照相機(jī)的快門,是用于控制曝光量的。NASA戈達(dá)德空間飛行中心(NASA Goddard Space Flight Center)的工程師在實(shí)驗(yàn)室里成功地運(yùn)用LabVIEW FPGA來(lái)控制和測(cè)試這些微型快門。
NASA戈達(dá)德空間飛行中心全球科技部首席測(cè)試工程師David Rapchun說(shuō):“LabVIEW FPGA和R系列智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備幫助我們節(jié)約了大量的工時(shí)和數(shù)千美元。這種采用商業(yè)現(xiàn)成硬件的方法代替了傳統(tǒng)的定制方案,從而成本更低；同時(shí)其控制算法可以輕松實(shí)現(xiàn)優(yōu)化,以改進(jìn)測(cè)試、進(jìn)一步研究快門,并擴(kuò)展微型快門的發(fā)展。
NASA選擇了一家NI系統(tǒng)聯(lián)盟商Mink Hollow Systems公司開發(fā)FPGA軟件,該軟件不但應(yīng)用于同時(shí)激勵(lì)待測(cè)的近62,000個(gè)快門,而且提供設(shè)計(jì)反饋并估計(jì)每個(gè)單元的壽命。因此,選擇LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境可以快速開發(fā)出這個(gè)測(cè)試軟件,實(shí)現(xiàn)自定義的快門激勵(lì)測(cè)試,同時(shí)可以監(jiān)控測(cè)試環(huán)境。工程師們使用LabVIEW FPGA可以設(shè)計(jì)一個(gè)自定義的控制算法,實(shí)現(xiàn)每分鐘開關(guān)快門240次的同步要求。
Mink Hollow Systems公司的高級(jí)工程師Eric Lyness說(shuō):“使用智能數(shù)據(jù)采集裝置上的FPGA,它的底層同步和可靠性讓我們受益匪淺。假設(shè)快門陣列是一排每個(gè)板條為一英尺寬的尖樁籬柵,磁鐵可以以600英里/小時(shí)的速度在上面移動(dòng),哪怕同步時(shí)差只是幾秒鐘,整個(gè)陣列都會(huì)被毀壞。”
NASA工程師通過(guò)NI PXI-7344運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)控制磁鐵掃過(guò)快門陣列,以將快門全部打開。他們運(yùn)用NI PXI-7811R和 PXI-7813R智能數(shù)據(jù)采集模塊來(lái)控制每個(gè)陣列中單獨(dú)的快門。工程師通過(guò)用磁鐵開關(guān)快門來(lái)減少快門對(duì)光檔板的影響。他們運(yùn)用NI運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)調(diào)節(jié)拍攝測(cè)試過(guò)程中攝像頭的位置,并通過(guò)其他的NI硬件來(lái)采集溫度傳感器和真空讀取計(jì)獲取的數(shù)據(jù)。然后,工程師將測(cè)試進(jìn)行比較并且做出必要的調(diào)整。LabVIEW FPGA使工程師能創(chuàng)建自定義的I/O硬件,而避免昂貴而耗時(shí)的專用定制硬件開發(fā)。
當(dāng)韋伯空間望遠(yuǎn)鏡達(dá)到了離地球一百萬(wàn)英里的高度,它可以使科學(xué)家有史以來(lái)第一次看到宇宙起源。在望遠(yuǎn)鏡的10年使用壽命中,微型快門必須開關(guān)至少60000次。Mink Hollow Systems的這項(xiàng)試驗(yàn)系統(tǒng)可以將微型快門的可靠性測(cè)試周期提高到100000次,以及不同的快門設(shè)計(jì)。這類測(cè)試通常要花數(shù)年時(shí)間,但該系統(tǒng)可以使快門的開關(guān)速度非常快,達(dá)到每秒4次之多。
