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    NASA的深太空網(wǎng)絡(luò)（DSN）包括一個(gè)國際網(wǎng)絡(luò)化的超靈敏接收系統(tǒng)及大型碟式天線，天線用于完成行星間航天任務(wù)及無線、雷達(dá)對宇宙太陽系的觀察。DSN也接受部分環(huán)地球航天任務(wù)，故他們擁有3個(gè)深太空通訊設(shè)備，相互約呈120度角，覆蓋整個(gè)地球，分別位于加州的莫哈韋沙漠，西班牙的馬德里及澳大利亞的堪培拉。這些日夜不間斷的設(shè)備每時(shí)每刻監(jiān)測著衛(wèi)星、宇宙探測器、航天飛船（甚至地球的旋轉(zhuǎn)），成就了DSN這一世界上最大的科學(xué)電信系統(tǒng)。

 

DSN 3個(gè)深太空通訊設(shè)備之一，相互間呈120度角覆蓋整個(gè)地球

    JPL需在24H內(nèi)收到數(shù)據(jù)，有些數(shù)據(jù)來自探測器，傳輸速度大于每小時(shí)30，000英里。所以，所有的天線都必須保持一絲不茍，否則，這些無法恢復(fù)的數(shù)據(jù)就會(huì)永遠(yuǎn)丟失。

    在眾多任務(wù)中，DSN正在追蹤的是被譽(yù)為航海者1號(hào)和航海者2號(hào)的太空探測器，它們于1977年發(fā)射升空，如今距離地球90億英里，正駛向太陽系的另一端。JPL成立于1944年，由加州技術(shù)協(xié)會(huì)主管，為NASA管理DSN天線，這些天線用于追蹤航海者號(hào)及其他探測器，接收關(guān)于地球、宇宙的科學(xué)數(shù)據(jù)。

    這張由航海者1號(hào)記錄下的木星大紅點(diǎn)照片通過NASA的深太空網(wǎng)絡(luò)傳輸回地球

    去年夏天在位于馬德里的DSN基地，工程師們在為一個(gè)約230英尺長的天線進(jìn)行維修升級時(shí)發(fā)現(xiàn)，在天線的大型高度軸承系統(tǒng)中有裂痕。這些軸承支撐著天線旋轉(zhuǎn)、傾斜上下時(shí)產(chǎn)生的4百萬磅重量。在2006年6月即發(fā)現(xiàn)2組高度軸承存在裂痕，但天線的修復(fù)卻要長達(dá)4至7個(gè)月。

DSN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營控制中心（NOCC）

    最大的天線之一出了問題雖有不便但仍可以解決。作為補(bǔ)救，將小型天線排列起來一同支撐擁有更高傳輸速率的70米長的天線。 此外，降低宇宙飛船的數(shù)據(jù)速率使得34米長的天線能夠承擔(dān)這些任務(wù)。

    不久，JPL就意識(shí)到他們面臨的是一個(gè)嚴(yán)重的問題。馬德里軸承上的裂縫預(yù)示著第二次開裂可能會(huì)在約16年后。科學(xué)家和工程師們覺得一定是什么問題引起這一系列過早損壞。

    為了查明問題的確切原因，馬德里230英尺的天線軸承將被拆除，用傳感器將光、聲、壓力等其他非電力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的儀器代替現(xiàn)有的墊片。將電信號(hào)輸出（一般約幾毫伏）通過運(yùn)算法則計(jì)算出應(yīng)力。

    在馬德里，類似的天線都會(huì)安裝載荷傳感器及SNAP PAC系統(tǒng)，以監(jiān)測在大型高度軸承系統(tǒng)中出現(xiàn)裂痕的原因

    在馬德里天線的案例中，測量受力有效地反映了天線沿軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的重量。為了進(jìn)行測量，JPL與加州San Dimas 的Force Switch公司簽訂了合同，為其設(shè)計(jì)并制造常規(guī)的5/8”厚度板（每個(gè)板有35個(gè)載荷）。這樣就能完全匹配天線底部而無需打亂原有直線型或變向。除了尺寸上的定制，F(xiàn)orce Switch公司（專業(yè)從事力測量、重力測量、液位測量等解決方案）還將滿足JPL在載荷上的其他要求，主要是信號(hào)調(diào)節(jié)方面的問題。

    這些特別設(shè)計(jì)的載荷板會(huì)輸出毫安信號(hào)而不是典型的毫伏單位，這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)檩d荷元件能與Opto 22 SNAP PAC系統(tǒng)直接連接。

    尤其是SNAP模擬輸入模塊將4個(gè)獨(dú)立板（每個(gè)板對應(yīng)一組軸承）與SNAP PAC EB2處理器（智能處理器）連接，處理器將接收載荷元件的信號(hào)—以模擬電流輸入形式表示（范圍從–20 mA 到+20 mA）??—每隔1秒掃描一次。

    EB2是在今年春季發(fā)布的，作為Opto 22 SNAP PAC家庭中最新成員，用于自動(dòng)化、監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集。

    “SNAP PAC EB2處理器擁有雙10/100 Mbps以太網(wǎng)接口，尤其適用于多支路架構(gòu)正像JPL所需要的，”Opto 22高級技術(shù)顧問Tom Edwards解釋道。

    Edwards及其他Opto 22工程師一起為JPL提供了售前咨詢，并幫助DSN天線項(xiàng)目制定了要求。他們一同計(jì)劃了項(xiàng)目使用長距離纜線（約300英尺），4個(gè)載荷板/軸承位置設(shè)置分布式I/O。Edwards認(rèn)為SNAP-PAC-EB2處理器能夠?yàn)镴PL提供菊花鏈狀的分布式I/O，集中所有載荷元件讀數(shù)返回給一個(gè)智能控制器，如Opto 22 SNAP-PAC-R2可編程自動(dòng)化控制器，提供多重連接用于SNAP PAC系統(tǒng)及SQL數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交互。

    現(xiàn)在，JPL正使用Opto 22來設(shè)計(jì)系統(tǒng)讀取140個(gè)在1Hz段上的模擬信號(hào)（每秒鐘掃描一次），盡可能接近同步。最后，頻率能增至4Hz甚至更高。

    有了SNAP PAC系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測并記錄來自天線各個(gè)軸承位置的載荷數(shù)據(jù)，JPL很快就能得到數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，推斷并最終找到軸承開裂的原因。