DSN 3个深太空通讯设备之一,相互间呈120度角覆盖整个地球
JPL需在24H内收到数据,有些数据来自探测器,传输速度大于每小时30,000英里。所以,所有的天线都必须保持一丝不苟,否则,这些无法恢复的数据就会永远丢失。
在众多任务中,DSN正在追踪的是被誉为航海者1号和航海者2号的太空探测器,它们于1977年发射升空,如今距离地球90亿英里,正驶向太阳系的另一端。JPL成立于1944年,由加州技术协会主管,为NASA管理DSN天线,这些天线用于追踪航海者号及其他探测器,接收关于地球、宇宙的科学数据。
这张由航海者1号记录下的木星大红点照片通过NASA的深太空网络传输回地球
去年夏天在位于马德里的DSN基地,工程师们在为一个约230英尺长的天线进行维修升级时发现,在天线的大型高度轴承系统中有裂痕。这些轴承支撑着天线旋转、倾斜上下时产生的4百万磅重量。在2006年6月即发现2组高度轴承存在裂痕,但天线的修复却要长达4至7个月。
DSN网络运营控制中心(NOCC)
最大的天线之一出了问题虽有不便但仍可以解决。作为补救,将小型天线排列起来一同支撑拥有更高传输速率的70米长的天线。 此外,降低宇宙飞船的数据速率使得34米长的天线能够承担这些任务。
不久,JPL就意识到他们面临的是一个严重的问题。马德里轴承上的裂缝预示着第二次开裂可能会在约16年后。科学家和工程师们觉得一定是什么问题引起这一系列过早损坏。
为了查明问题的确切原因,马德里230英尺的天线轴承将被拆除,用传感器将光、声、压力等其他非电力转换成电信号的仪器代替现有的垫片。将电信号输出(一般约几毫伏)通过运算法则计算出应力。
在马德里,类似的天线都会安装载荷传感器及SNAP PAC系统,以监测在大型高度轴承系统中出现裂痕的原因
在马德里天线的案例中,测量受力有效地反映了天线沿轴承转动时的重量。为了进行测量,JPL与加州San Dimas 的Force Switch公司签订了合同,为其设计并制造常规的5/8”厚度板(每个板有35个载荷)。这样就能完全匹配天线底部而无需打乱原有直线型或变向。除了尺寸上的定制,Force Switch公司(专业从事力测量、重力测量、液位测量等解决方案)还将满足JPL在载荷上的其他要求,主要是信号调节方面的问题。
这些特别设计的载荷板会输出毫安信号而不是典型的毫伏单位,这一点非常重要,因为载荷元件能与Opto 22 SNAP PAC系统直接连接。
尤其是SNAP模拟输入模块将4个独立板(每个板对应一组轴承)与SNAP PAC EB2处理器(智能处理器)连接,处理器将接收载荷元件的信号—以模拟电流输入形式表示(范围从–20 mA 到+20 mA)—每隔1秒扫描一次。
EB2是在今年春季发布的,作为Opto 22 SNAP PAC家庭中最新成员,用于自动化、监控及数据采集。
“SNAP PAC EB2处理器拥有双10/100 Mbps以太网接口,尤其适用于多支路架构正像JPL所需要的,”Opto 22高级技术顾问Tom Edwards解释道。
Edwards及其他Opto 22工程师一起为JPL提供了售前咨询,并帮助DSN天线项目制定了要求。他们一同计划了项目使用长距离缆线(约300英尺),4个载荷板/轴承位置设置分布式I/O。Edwards认为SNAP-PAC-EB2处理器能够为JPL提供菊花链状的分布式I/O,集中所有载荷元件读数返回给一个智能控制器,如Opto 22 SNAP-PAC-R2可编程自动化控制器,提供多重连接用于SNAP PAC系统及SQL数据库的数据交互。
现在,JPL正使用Opto 22来设计系统读取140个在1Hz段上的模拟信号(每秒钟扫描一次),尽可能接近同步。最后,频率能增至4Hz甚至更高。
有了SNAP PAC系统持续监测并记录来自天线各个轴承位置的载荷数据,JPL很快就能得到数据进行研究,推断并最终找到轴承开裂的原因。
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