借助FAULHABER電機(jī)和系統(tǒng)的精度，繪制宇宙中的恒星、星系和黑洞

該任務(wù)為銀河維度：在接下來五年里，SDSS V計劃觀察400萬顆恒星和30萬個黑洞，分析光譜和物質(zhì)組成，重構(gòu)宇宙發(fā)展歷史，并驗證銀河系誕生的物理模型。除此之外，北半球和南半球的兩臺大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡將用于這一大型國際項目。利用光纖收集來自天體的光。每根光纖的精密對準(zhǔn)由500個小型機(jī)器人完成，這些機(jī)器人由FAULHABER電機(jī)驅(qū)動。 

SDSS是指“斯隆數(shù)字巡天”，是來自世界各地的天體物理學(xué)家的合作聯(lián)盟。在過去的一年里，他們已經(jīng)展示了最大的宇宙3D地圖，這代表了天文學(xué)研究的一個里程碑。借助無數(shù)望遠(yuǎn)鏡和其他科學(xué)儀器，研究人員正致力于眾多項目的工作。

最新的是SDSS V，它旨在理解外層空間物理過程方面實現(xiàn)再一次質(zhì)的飛躍。該項目將使“在光學(xué)和紅外光譜的不同天文時間維度上對整個天空的首次光譜觀測”成為可能。目標(biāo)總計達(dá)600多萬。

行星是如何形成的
這項工作的目標(biāo)之一是重構(gòu)我們的母星系銀河系的歷史。此外，研究人員計劃追溯化學(xué)元素的形成、解密恒星的內(nèi)部運作、考察行星的形成、并解答許多關(guān)于黑洞的懸而未決的疑問。

另一個目標(biāo)是繪制比以前精確一千倍的銀河系星際氣體質(zhì)量地圖，以描述“銀河生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)機(jī)制”。與黑洞和測量銀河系有關(guān)的數(shù)據(jù)將由以下兩臺大型望遠(yuǎn)鏡收集：新墨西哥州的阿帕契點和智利的拉斯坎帕納斯。

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的天體物理學(xué)教授Jean-Paul Kneib解釋說：“通過北半球和南半球的雙重視角，我們可以從各個方向觀察天空?！拔覀冊谥暗腟DSS項目中也使用了這兩個望遠(yuǎn)鏡。得益于SDSS V項目，我們現(xiàn)在在觀測效率和收集的數(shù)據(jù)量方面取得了實質(zhì)性飛躍?！?/p>

發(fā)現(xiàn)超新星
放置在望遠(yuǎn)鏡中的是瞄準(zhǔn)宇宙中特定目標(biāo)的光纖?？梢跃苡^察和分析單個恒星或黑洞的發(fā)光吸積盤?！耙郧?，我們必須為每個不同的觀察任務(wù)制作特殊的板。每個板均需數(shù)周時間準(zhǔn)備。然后手工將光纖固定在板上，這是一個非常復(fù)雜和耗時的過程，”Jean-Paul Kneib報告說。

有了專門為SDSS V項目開發(fā)的新技術(shù)，光纖的重新排列只需要不到一分鐘而非以前的數(shù)周。因為現(xiàn)在光纖是通過兩臺望遠(yuǎn)鏡中的500臺小型機(jī)器（天文學(xué)家稱之為“機(jī)器人”）來調(diào)節(jié)。這也能夠讓研究人員對未預(yù)料到的宇宙事件立即做出反應(yīng)。

例如，如果其他望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前的事件，如超新星，其中一個光學(xué)元件可以立即與它對準(zhǔn)，幾乎無延遲。這使得能夠在超新星發(fā)展的時間跨度內(nèi)對物理化學(xué)過程進(jìn)行詳細(xì)分析，這是以前使用此類儀器無法實現(xiàn)的。

具有微米級精度
每個小機(jī)器人都由兩個細(xì)長的圓柱體組成，圓柱體縱向排列，前端有一個彎曲的延伸部分。后面較厚的圓柱體固定在望遠(yuǎn)鏡的板上。它形成α單元，并轉(zhuǎn)動機(jī)器人的中心軸。偏心安裝在前面的是測試單元。它同樣以圓形路徑移動彎曲端的光纖尖端。

通過這兩種軸向運動的結(jié)合，光纖尖端可以在圓形區(qū)域內(nèi)自由定位。其中一個機(jī)器人覆蓋的每個圓與相鄰單元的圓部分重疊。在望遠(yuǎn)鏡的探測范圍內(nèi)，天空的每個點都可以自動瞄準(zhǔn)。

三根光纖在小型機(jī)器人中排列。一根是為可見光光譜設(shè)計的，另一根是為紅外光譜設(shè)計。第三根用于校準(zhǔn)。在其幫助下，光纖尖端分三步移動到位，精度僅為幾微米：在第一次粗略對準(zhǔn)中，兩個電機(jī)轉(zhuǎn)動，直到用于觀察的光纖對準(zhǔn)目標(biāo)，平均偏差為50微米。望遠(yuǎn)鏡中的攝像頭指向機(jī)器人的前端，現(xiàn)在可以檢測校準(zhǔn)光纖的尖端并測量其位置。在兩個進(jìn)一步的定位步驟中，機(jī)器人頭部然后以誤差小于5微米的精度移動到位。

更快地研究
Jean-Paul Kneib解釋道：“因為我們通過自動校準(zhǔn)節(jié)省了大量的時間，我們可以觀察更多的物體，并進(jìn)行相應(yīng)的大量單獨測量”?！斑@種效果通過高精度提升到了更好的效果。光纖的直徑為100微米。其也與擊中望遠(yuǎn)鏡的觀測宇宙物體的光斑直徑一樣大。這兩個小表面越精確地對齊，我們測量的光輸出就越大，我們獲得有效結(jié)果的速度就越快。”

FAULHABER的電機(jī)和齒輪頭以及FAULHABER子公司MPS專門為此應(yīng)用開發(fā)的機(jī)械裝置提供了這種極高精度的技術(shù)先決條件。兩個機(jī)器人軸由1218的無刷直流伺服電機(jī)驅(qū)動...α軸和0620的B系列...B代表β軸。型號名稱的前兩位數(shù)字表示微型驅(qū)動器的直徑：12毫米和6毫米。它們的力通過合適的行星齒輪傳遞給機(jī)器人機(jī)構(gòu)。此處使用的機(jī)器人結(jié)構(gòu)由MPS開發(fā)建造。集成編碼器向控制器報告電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置。

無間隙精度
MPS組件設(shè)計負(fù)責(zé)人Stefane Caseiro解釋道：“為了達(dá)到要求的精度，我們必須消除系統(tǒng)中的反沖”。工程師們通過用夾具連接代替?zhèn)鹘y(tǒng)的齒輪頭軸和機(jī)器人機(jī)械軸之間的聯(lián)軸器，并通過安裝壓縮彈簧使齒輪頭無間隙來實現(xiàn)這一點。這位MPS工程師回憶：“僅僅找到合適的彈簧便耗時數(shù)月”。

為這項技術(shù)開發(fā)尋找了合適的合作伙伴，這為Kneib教授團(tuán)隊節(jié)省了時間。這位天體物理學(xué)家稱：“全世界甚至沒有幾家制造商能夠生產(chǎn)出質(zhì)量和耐用性都符合要求的微電機(jī)”?！爱?dāng)然，F(xiàn)AULHABER在我們邀請報價的公司決選名單上。在之前的一個項目中，我們與MPS的合作非常成功。當(dāng)然，與這些專家離得近也是優(yōu)勢之一——從洛桑的大學(xué)到比爾的MPS只有一個半小時的車程。除了卓越的質(zhì)量和良好的合作經(jīng)驗之外，一個非常有決定性的依據(jù)是，F(xiàn)AULHABER及其子公司MPS有能力從單一來源提供我們所需的一切?！?/p>

大型望遠(yuǎn)鏡中的小機(jī)器人

企業(yè)介紹：來自德國舍奈希的驅(qū)動技術(shù)專家
FAULHABER 致力于高精度小型和微型驅(qū)動系統(tǒng)、伺服組件以及最高輸出功率250瓦的驅(qū)動電子部件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。其中包括客戶定制的專用解決方案以及范圍齊全的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，例如無刷電機(jī)、直流微電機(jī)、編碼器和運動控制器。FAULHABER 品牌在全球被公認(rèn)為復(fù)雜和嚴(yán)苛應(yīng)用領(lǐng)域的高品質(zhì)和高可靠性的象征，如醫(yī)療技術(shù)、工廠自動化、精密光學(xué)、電信、航空航天和機(jī)器人技術(shù)。從224 mNm持續(xù)扭矩的強大直流電機(jī)到外徑為1.9 mm的精巧微型驅(qū)動，F(xiàn)AULHABER標(biāo)準(zhǔn)系列有超過2500萬種組合，為特定應(yīng)用帶來最佳驅(qū)動系統(tǒng)。與此同時，這種技術(shù)上的“構(gòu)造組合”也是調(diào)整解決方案的基礎(chǔ)，從而讓我們能夠設(shè)置各種特殊版本來滿足客戶的具體需求。