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独特的电梯系统可以安装望远镜镜的安装和维修

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关于LSST的一切都很大!

在智利北部8,737英尺的ElPeñón高峰期地区建设中的大型舞台调查望远镜(LSST)是国家科学基金会(NSF)和能源部(DOE)的合伙项目。

计划于2022年度完全运行的LSST的目标是进行10年的调查,该调查将提供200岁的图像和数据,了解了一些关于宇宙结构和演变的一些最紧迫的问题其中的对象。

LSST将对一个巨大的天空进行深度调查,并以每隔几个夜晚获得可见天空的每个部分的图像的频率。此模式将继续10年才能实现数千次比以前编译的数千次的天文目录。

完成后,LSST将是世界上最强大的调查望远镜。它是一种宽敞的调查,反射望远镜,有8.4米的主镜子。它在大望远镜中是独一无二的,因为它非常宽的3.5度视场,覆盖64厘米直径的平面焦平面。它采用了一种新颖的三镜设计,可提供饲料3.2-千兆像素CCD成像相机的清晰图像 - 最大的数码相机。

相机将每晚20秒夜空曝光每晚20秒 - 800个全景图像。这相当于以八百万像素数码相机采用大约800,000张图像,但质量高得多 - 每年100,000多个曝光的原始图像数据。在一个10年的调查中,LSST将产生深度,时间依赖的多色电影。

初始计算机要求估计在100 TERAFLOPS的计算能力(一个TERAFLOP是每秒相当于每秒1万亿浮点操作的计算速度的量度)。相机包含超过30亿像素的固态探测器。每天晚上必须处理超过30吨数据,在制作世界上最大的非专有数据集中。

通过对天空进行10年的数字成像,LSST将产生一个pb级的数据库,使新的知识范式能够解决天文学和物理学中最紧迫的问题,这些问题正在推动大数据科学和计算的进步。

镜面升力系统的设计限制

现代光学和红外线天文望远镜通常利用大型镜子,需要定期重新涂覆其反射表面,以维持其科学任务所需的高分辨率成像。重新涂层这些大镜子需要剥离旧涂层,并将它们放在专业的涂层室中,通常由于其尺寸和公用设施要求而远离望远镜。

VRC升降机的山景鸟瞰图用于安装望远镜设计方法,以安全地将这些非常大,重,极其关键的光学从望远镜转移到涂层厂,对于不同的望远镜设施,广泛变化。安装在圆顶上的起重机通过地板舱口传送镜子,围栏内的定制螺旋柱升降机,特殊卡车带着顶床抬起并运输镜子,甚至将涂层厂带到望远镜上都在设计和构建的望远镜中使用近几十年来。然而,LSST望远镜的宽支撑码头不允许升降或舱口的空间位于望远镜室内,这足够大以传达主要镜子组件,其直径27英尺,重量超过93吨。

增加了设计挑战,镜子传输方法需要在地震活动区内操作,安全地吸收最高8.0的震动载荷,以及抗蚀剂在山顶上存在的100-Mph风装。此外,由于该网站的海拔高于海平面的8,737英尺,因此该系统需要预构建和测试,拆卸用于在容器内运输,并在LSST设施中重新组装现场。

工程挑战

使用垂直往复式输送机(VRC)被识别为LSST镜传输系统的可能的可行选择,尽管没有任何已知的先例用于使用VRC转移大望远镜镜。2010年,LSST订阅的Ploud行业提供beplay官网体育免费下载完整的垂直提升解决方案,为电梯设计的VRC解决方案设计进行工程分析。

VRC垂直升降机的山场面看法用于安装望远镜“设计建筑物以支持电梯,并同时抵抗风和地震力,证明是困难的,”LSST项目建筑师Jeffrey Barr说。“通过Pflow结构工程师和设计设施的智利结构工程师之间的合作,将电梯结构纳入建筑设计中。”

PFlow解决方案的设想是在望远镜圆顶外壳外永久安装一个升降机,但集成在建筑结构本身,它将上升到圆顶的水平,并通过后门接收镜子组件的有效载荷。在正常的望远镜观测操作中,LSST升降机和轴的所有元素都需要缩回到穹顶之下,以避开它的旋转,并远离望远镜的观测视野。这就意味着,当电梯打开到上部位置时,需要将井顶抬高,以便从望远镜接收镜子,并在重新涂漆后将其送回。80英尺高的升降机还需要非常可靠和灵活的设计,以便将其他大的负载运输到天文台设施的不同层次。

“在设计过程中,PFLOF工程师与LSST团队密切合作,”PFlow工程副总裁Mark Webster说。“我们开始基于初始地震和风力参数的一组近似静态等同载荷,并设计了使用有限元分析(FEA)的初始结构支撑方案,该方案将在地震和风力事件期间充分支持电梯。此信息与智利工程团队共享,以及升力结构的SolidWorks模型。经过九个月的设计审查会议,正在进行的分析和结构分析结果交换,创建了最终的建筑和升力结构的FEA模型,并基于结果进行了最终的结构修改。“

创新升降设计

PFLOF工程师利用和扩展了现有的普遍验证的工业技术,为这家新的专业应用。许多特征已被融入到运输过程中保护镜子组件,并且所有临界提升部件都具有冗余,以最大限度地减少灾难性故障的可能性。主要规格和创新功能设计在LSST镜装配电梯中。

整个LSST升降系统采用大约160,000磅的制造钢。

VRC升降机的看法用于培养望远镜到山顶遗址升降架由35×35英尺的平台组成。在它下面是一个11英尺高的结构,用于支持平台。
提升系统的设计是这样的,任何一个单一的提升系统组件的故障都不会导致失去对负载的控制。12条提升链由一对60马力的齿轮驱动,每个齿轮重6,500磅,其综合抗拉强度为974吨。

“由于链条驱动的链条,”滚子链驱动器固有地具有一些振动,因为它由链轮驱动,“韦伯斯特添加。“由滚子链驱动驱动驱动的提升平台的正常速度不是线性的,而是正弦的。设计了一种新的链条驱动装置(专利申请人)以消除这种曲线作用,导致线性托架速度和确保平滑的平台速度。“

通过轴和联轴器提供和同步两个冗余电动机/齿轮减速器/制动组件。虽然两个电机和减速器在正常操作期间共享负载,但单个制动器具有足够的扭矩,以支持与另一个的整个负载。

需要在每个级别锁定电梯平台,以便在轨道上的一轮推车骑行的镜子的平滑转移。轨道的对准是至关重要的,并且需要消除平台的任何运动。PFOL溶液是提供托架安装的动力锁,当平台处于任何楼层时自动延伸。“控制系统自动延伸锁并平滑地将平台设置在锁上,从提升链中伸出张力”,“持续的韦伯斯特。“为了顺利完成这种情况,采用变频驱动器,使行驶速度减慢到低速,以最小化在锁上锁上时的冲击。”

一个导向系统,位于车厢结构的底部,允许车厢延伸到导向柱之上,并将2万磅的屋顶部分垂直提升15英尺。

由于潜在的地震和风事件,可移动的屋顶部分在正常降低位置时被机械锁定在建筑结构上。当升降平台提升到屋顶水平时,另一套机械锁将屋顶连接到升降架顶部专门设计的升降结构上。重要的是,屋顶部分永远不要离开闩锁和保护,以防止潜在的风损害。一种特殊的锁系统被开发出来,在将屋顶从建筑结构上解开之前,将屋顶部分锁到吊车结构上。只有在交换信号,确认平台锁已开启后,建筑物锁才允许断开,屋顶才可以抬起。

LSST建设项目

LSST建设项目由NSF和DOE提供资金。NSF支持LSST的望远镜和现场设施,数据管理系统和教育和公共外联组成部分的建设,以及项目管理和系统工程工作。DOE提供相机和相关仪器。这两个机构都希望支持天文台的建设后运作。现场和设施设计,工程和建设是由LSST架构和设计团队的方向,管理的,与现场智利工程集团合作。

早在2005年,望远镜的8.4米电直径的主要镜子 - 大型望远镜建筑的最关键和耗时的一部分 - 正在亚利桑那州理查德F. Caris Missim Lab大学进行。次年,在现有的双子座南望远镜和南方天体物理研究望远镜旁,在ElPeñón山顶上选择了LSST望远镜的网站。该网站是内陆,距离La Serena的支持镇约60英里,LSST基地设施位于La Serena。

现场挖掘于2011年3月开始,随后于2015年1月开始建造望远镜设施。到2018年,该设施大幅竣工。垂直往复式输送机处于完全完成和测试的过程中。

2021年,科学第一盏灯预计,1月2022年1月的10年调查即将开始的全部运营。