NI LabVIEW FPGA技术从旁助力,空间望远镜顺利通过测试

作为NASA哈勃望远镜的下一代后继设备,韦伯空间望远镜(The James Webb Space Telescope,JWST)基于NI LabVIEW FPGA技术,顺利通过了2013年发射前的重要测试关卡。JWST的一个重要元素是近红外线声谱仪(Near Infrared Spectrograph, NIRSpec),该装置具备了超过250,000个微型快门来帮助人们更好地观察成千上万的遥远星系,以更好地认识宇宙起源。这些微型快门实际上是微电机系统装置(microelectromechanical system,MEMS),其作用类似于照相机的快门,是用于控制曝光量的。NASA戈达德空间飞行中心(NASA Goddard Space Flight Center)的工程师在实验室里成功地运用LabVIEW FPGA来控制和测试这些微型快门。

NASA戈达德空间飞行中心全球科技部首席测试工程师David Rapchun说:“LabVIEW FPGA和R系列智能数据采集设备帮助我们节约了大量的工时和数千美元。这种采用商业现成硬件的方法代替了传统的定制方案,从而成本更低；同时其控制算法可以轻松实现优化,以改进测试、进一步研究快门,并扩展微型快门的发展。

NASA选择了一家NI系统联盟商Mink Hollow Systems公司开发FPGA软件,该软件不但应用于同时激励待测的近62,000个快门,而且提供设计反馈并估计每个单元的寿命。因此,选择LabVIEW图形化开发环境可以快速开发出这个测试软件,实现自定义的快门激励测试,同时可以监控测试环境。工程师们使用LabVIEW FPGA可以设计一个自定义的控制算法,实现每分钟开关快门240次的同步要求。

Mink Hollow Systems公司的高级工程师Eric Lyness说:“使用智能数据采集装置上的FPGA,它的底层同步和可靠性让我们受益匪浅。假设快门阵列是一排每个板条为一英尺宽的尖桩篱栅,磁铁可以以600英里/小时的速度在上面移动,哪怕同步时差只是几秒钟,整个阵列都会被毁坏。”

NASA工程师通过NI PXI-7344运动控制器来控制磁铁扫过快门阵列,以将快门全部打开。他们运用NI PXI-7811R和 PXI-7813R智能数据采集模块来控制每个阵列中单独的快门。工程师通过用磁铁开关快门来减少快门对光档板的影响。他们运用NI运动控制器来调节拍摄测试过程中摄像头的位置,并通过其他的NI硬件来采集温度传感器和真空读取计获取的数据。然后,工程师将测试进行比较并且做出必要的调整。LabVIEW FPGA使工程师能创建自定义的I/O硬件,而避免昂贵而耗时的专用定制硬件开发。

当韦伯空间望远镜达到了离地球一百万英里的高度,它可以使科学家有史以来第一次看到宇宙起源。在望远镜的10年使用寿命中,微型快门必须开关至少60000次。Mink Hollow Systems的这项试验系统可以将微型快门的可靠性测试周期提高到100000次,以及不同的快门设计。这类测试通常要花数年时间,但该系统可以使快门的开关速度非常快,达到每秒4次之多。