NASA使用NI LabVIEW FPGA測試韋伯空間望遠鏡

作為美國國家航空航天局（NASA ）哈勃望遠鏡的下一代后繼設備，韋伯空間望遠鏡（The James Webb Space Telescope，JWST）基于NI LabVIEW FPGA技術，順利通過了2013年發(fā)射前的重要測試關卡。JWST的一個重要元素是近紅外線聲譜儀(Near Infrared Spectrograph，  NIRSpec)，該裝置具備了超過250,000個微型快門來幫助人們更好地觀察成千上萬的遙遠星系，以更好地認識宇宙起源。這些微型快門實際上是微電機系統(tǒng)裝置(microelectromechanical system，MEMS)，其作用類似于照相機的快門，是用于控制曝光量的。NASA 戈達德空間飛行中心(NASA Goddard Space Flight Center)的工程師在實驗室里成功地運用LabVIEW FPGA來控制和測試這些微型快門。

NASA 戈達德空間飛行中心全球科技部首席測試工程師David Rapchun說：“LabVIEW FPGA和R系列智能數(shù)據(jù)采集設備幫助我們節(jié)約了大量的工時和數(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；同時其控制算法可以輕松實現(xiàn)優(yōu)化，以改進測試、進一步研究快門，并擴展微型快門的發(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，該軟件不但應用于同時激勵待測的近62,000個快門，而且提供設計反饋并估計每個單元的壽命。因此，選擇LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境可以快速開發(fā)出這個測試軟件，實現(xiàn)自定義的快門激勵測試，同時可以監(jiān)控測試環(huán)境。工程師們使用LabVIEW FPGA可以設計一個自定義的控制算法，實現(xiàn)每分鐘開關快門240次的同步要求。

Mink Hollow Systems公司的高級工程師Eric Lyness說：“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。假設快門陣列是一排每個板條為一英尺寬的尖樁籬柵，磁鐵可以以600英里/小時的速度在上面移動，哪怕同步時差只是幾秒鐘，整個陣列都會被毀壞?！?

NASA工程師通過NI PXI-7344運動控制器來控制磁鐵掃過快門陣列，以將快門全部打開。他們運用NI PXI-7811R和 PXI-7813R智能數(shù)據(jù)采集模塊來控制每個陣列中單獨的快門。工程師通過用磁鐵開關快門來減少快門對光檔板的影響。他們運用NI運動控制器來調節(jié)拍攝測試過程中攝像頭的位置，并通過其他的NI硬件來采集溫度傳感器和真空讀取計獲取的數(shù)據(jù)。然后，工程師將測試進行比較并且做出必要的調整。LabVIEW FPGA使工程師能創(chuàng)建自定義的I/O硬件，而避免昂貴而耗時的專用定制硬件開發(fā)。

當韋伯空間望遠鏡達到了離地球一百萬英里的高度，它可以使科學家有史以來第一次看到宇宙起源。在望遠鏡的10年使用壽命中，微型快門必須開關至少60000次。Mink Hollow Systems的這項試驗系統(tǒng)可以將微型快門的可靠性測試周期提高到100000次，以及不同的快門設計。這類測試通常要花數(shù)年時間，但該系統(tǒng)可以使快門的開關速度非?？?，達到每秒4次之多。