圖片來源于NASA
這是迄今為止觀測到的最深的宇宙紅外圖像，韋伯太空望遠鏡裝備了250,000多個微快門，用于觀察數(shù)以千計的遙遠星系。在微快門的性能驗證上，NI LabVIEW大顯身手！
一項革命性的技術(shù)：微快門
為了進一步深入研究大爆炸理論，幫助科學家們一窺宇宙起源，NASA計劃發(fā)射下一代詹姆士韋伯（James Webb）太空望遠鏡。在韋伯望遠鏡上，NASA將采用新的材料來研制更大的光圈，采用最新技術(shù)采集微弱光信號，并在其中集成微快門陣列來同時獲取上百個光譜信號。其在多項研究功能上，都將遠遠超越著名的哈勃望遠鏡。
其中，關(guān)鍵創(chuàng)新之一是“微快門”（Microshutter）技術(shù)的使用，它被使用在近紅外分光計上，能阻隔空間中離望遠鏡較近的物體發(fā)出的多余光線，使來自遙遠物體的光亮通過（想像你在強光下，瞇起眼睛看東西的情景）。這就使韋伯能對宇宙早期形成的恒星和星系發(fā)出的微弱光線具備更好的聚焦功能，從而觀測到更久遠的宇宙歷史。而韋伯運行軌道高度將數(shù)千倍于哈勃，幾乎不可能派遣航天員維護。
這項運用在韋伯上的“微快門”技術(shù)，需要由上萬個大小僅100×200微米（幾根頭發(fā)絲的寬度）的開關(guān)構(gòu)成，它們可以獨立地打開或者關(guān)閉，以創(chuàng)建一個基于傳感器感興趣區(qū)域的圖像掩模。這對整個系統(tǒng)的設(shè)計、驗證都提出了極大的挑戰(zhàn)。在實際運行的時候，當被觀察物體存在的時候開關(guān)元件被打開，當探測器中被觀察物體之間存在干涉和沖突的時開關(guān)元件被關(guān)閉。
NASA采用磁體來控制開關(guān)，當磁體經(jīng)過開關(guān)元件表面的時候，開關(guān)被打開，同時，NASA在開關(guān)元件相應(yīng)的行列位置加上一個電壓，這樣當磁鐵越過之后開關(guān)也能夠被保持打開，而沒有電壓的開關(guān)則被關(guān)閉。
為此，NASA對這項新技術(shù)進行了反復的測試，不斷進行反饋與設(shè)計改進，以充分確保其能順利執(zhí)行工作任務(wù)。
基于LabVIEW的微快門測試方案
NASA面臨的測試挑戰(zhàn)是：快速開發(fā)一種能夠控制上萬個微米級大小的開關(guān)部件（微快門）的靈活的測試系統(tǒng)。并且能夠在上百萬次的循環(huán)中進行數(shù)據(jù)記錄，采集高分辨率的圖像，并對整個測試環(huán)境進行監(jiān)視與控制。
在NI團隊的幫助下，他們最終采用的測試方案是：采用NI的基于FPGA和LabVIEW軟件的方案，以LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，用戶可以配置和運行自定義的開關(guān)激勵程序并同時對于測試環(huán)境做監(jiān)視和控制。
微快門陣列測試系統(tǒng)：利用LabVIEW FPGA控制磁鐵運動與電場開關(guān)的精確同步
·在一分鐘內(nèi)開啟和關(guān)閉所有62000個快門240次
·如果系統(tǒng)不同步，在幾分鐘內(nèi)就將造成快門的損壞
·硬件采用帶有FPGA的PXI R系列I/O模塊
縮短開發(fā)時間，降低開發(fā)成本
在NI LabVIEW平臺下，NASA完美的建立了測試所必須的太空仿真環(huán)境。由于能夠很好的控制溫度、壓力條件，還可以把太陽產(chǎn)生的熱擾動因素也考慮在內(nèi)。在該環(huán)境中，利用LabVIEW FPGA及運動控制技術(shù)，可以達到對“微快門”復雜的開關(guān)陣列進行靈活、可靠的控制，再結(jié)合NI圖像采集與處理技術(shù)得出判斷結(jié)果。這樣即能夠一次性完成整體系統(tǒng)的測試，又可以評估單個開關(guān)壽命，使“微快門”系統(tǒng)設(shè)計日臻完美。
帶有微快門技術(shù)的近紅外分光計使得科學家們能夠同時通過韋伯太空望遠鏡分辨出數(shù)百個不同的光譜。這項新技術(shù)將保證NASA捕獲現(xiàn)今無法想像的數(shù)據(jù)，但卻需要被證明具備足夠的工作壽命。
自動化測試系統(tǒng)能夠提供用戶可以自定義的測試步驟，并且可以以最小的工作量快速調(diào)試到不同的測試儀器中，幫助了NASA研究“微快門”的性能并驗證其可行性。通過LabVIEW，NASA快速開發(fā)出模塊化的測試應(yīng)用，提供了充足的時間，并在開發(fā)的早期階段就能發(fā)現(xiàn)和診斷出問題。
美國航空航天局David McAndrew表示，自動化測試系統(tǒng)能夠提供用戶可以自定義的測試步驟，幫助我們研究“微快門”的性能并驗證其可行性。通過LabVIEW，我們快速開發(fā)出了模塊化的測試應(yīng)用，給了我們足夠的時間在開發(fā)的早期階段就能發(fā)現(xiàn)和診斷出問題。
注：文章素材來源于NASA。
