黑科技 | 银河系3D图指日可待，GPS带你探索神秘太空！

• 关键词：GPS步进电机,FAULHABER
• 摘要：无论承认与否，人类对世界的探索从未停止。例如，我们总想了解银河系发生了哪些变化，但事实上我们对此知之甚少，因为我们很难从细节中看到整体。为此，英国天文学家发起了MOONS项目，旨在改变这一现状，而FAULHABER的技术将在其中发挥重要作用。

无论承认与否，人类对世界的探索从未停止。例如，我们总想了解银河系发生了哪些变化，但事实上我们对此知之甚少，因为我们很难从细节中看到整体。

为此，英国天文学家发起了MOONS项目，旨在改变这一现状，而FAULHABER的技术将在其中发挥重要作用。

填补银河系知识空白

在探索人类赖以生存的圆盘状螺旋星系时，天文学家通常会提出一个基本问题：虽然地球不在银河系的正中间，但它仍在银河系的盘状平面上。因此，如果想从地球这个有利角度看到银河系的中心，甚至是银河系的另一边，视野无疑会被无数的恒星挡住。

当站在地球上观测时，我们很难甚至无法确定所观测的事物在银盘中的位置。对于银河系，我们知之甚少的一个区域是其中心的致密区，在这里，有无数恒星和气体云集在黑洞周围。

不过，即将开展的这一重大天文学项目将帮助人们填补相关知识空白。该项目由欧洲南方天文台（ESO）发起，汇集了来自多个国家的八个研究参与。这个科学组织正在智利阿塔卡马沙漠操作世界上最强大的望远镜，包括帕拉那尔天文台口径达8.2米的巡天望远镜（VLT）。

该项目旨在为VLT装备一种新仪器，用于捕捉来自太空的光信号。它是一种光谱仪，能同时捕捉落入光谱可见光和红外光范围的大量宇宙天体。其项目名称多目标光学和近红外光谱仪，缩写为MOONS，由英国天文学科技中心（UK ATC）协调。

打破传统观测模式

“当我们在使用高质量相机时可以更换相机镜头，但使用天文望远镜时，情况正好相反，VLT配有优质镜片，我们只需用MOONS取代当前连接的“相机”即可，UK ATC的科学家William Taylor博士解释道。

凭借新技术，MOONS在观测太空方面开辟了全新的可能性，尽管它不会生成传统意义上的大尺寸图像，只会捕捉微小细节。

与以往的天文望远镜类似，VLT的巨大镜片和反射镜指向待观测的太空，让MOONS的1001根光纤末端与待观测宇宙区域内的单个天体对齐。

这款新仪器并不像相机一样捕捉整个选定区域，而是让光纤对准宇宙中的某些点，甚至也不只是拍摄这些点，而是通过棱镜将其光线分成单独的部分，即不同波长。

Taylor博士解释道：“从科学角度来看，这种方法生成的信息比图像多得多。例如，我们可以了解天体的化学成分。

此外，这允许我们计算其动力，即运动的速度和方向。由于MOONS可以捕捉近红外光谱，因此我们可以精确地分析从遥远天体传来的光所经历的红移。”

当恒星远离地球时，其光波长会变长。这就是部分可见光转移到不可见红外光范围的方式，该范围仍然接近可见光谱。

稳定驱动 提升天体观测效率

以往的技术只能在可见光范围内单独观测到最多约100个天体，而MOONS将这个数字提升了10倍，而且进一步增加了信息的深度。这不仅能更精确地观测银河系的细节，还能更清晰地看到整个观测环境。

“该项目的目标是创建一张银河系3D地图，让GPS能在整个银河系中进行导航。MOONS的分辨率极高，能观测到非常遥远的事物，也能追溯很久以前发生的事情，或许能解释几亿年内发生大爆炸的成因。”

这有助于科学家探索宇宙的起源。

Taylor博士说，在当今时代，虽然探索宇宙的起源在某种程度上已成为可能，但MOONS能为提供更清晰更详细的图像。“我们能以前所未有的深度绘制宇宙地图。”

天文学家的目标是在五年左右的时间内探索几百万个天体。为达到这一目标，这台光谱仪的1001根光纤必须快速且自动（大部分）指向宇宙天体。

这可以通过相同数量的光纤定位单元（FPU）来实现。每个FPU都有两个步进电机驱动单元，它们安装在回差缩减直齿轮减速箱上。

安装在后面的驱动单元可以推动FPU的中心轴（α），安装在FPU上的前置电机减速箱驱动单元（β）可驱动光纤尖端。

当两个轴向运动结合后，每个FPU可以覆盖一个圆形区域，并随机对齐光纤。该区域与相邻FPU的区域部分重叠。这意味着可以控制捕捉区内的每个点。

为满足重复定位的挑战性要求，其驱动解决方案必须极其精确，以避免FPU尖端之间相互碰撞，并确保系统高重复性运行。

FAULHABER PRECISTEP的高质量步进电机成为理想选择，FAULHABER Minimotor的零回差减速箱有助于提高定位精度，而模块的机械设计则由FAULHABER的子公司mps完成。

强强联合 研发专用瞄准装置

“我们很感谢FAULHABER集团旗下三家公司提供的宝贵意见，”UK ATC的FPU研发人员Steve Watson博士报告称。

“如果没有Faulhaber提供的专业知识，我们就不可能开发出这个核心模块，也不可能达到我们所要求的观测数量。除了光纤的对齐速度之外，还必须确保对齐的精度。最终，我们实现了0.2的精度和20微米的定位重复性。

此外，这些单元始终与焦面板对齐，而模块也布局在焦面板的适当位置。”

光谱仪运行的另一个要求是部件的高精度和极高可靠性，这样控制程序操作起来会更简单。复杂的电子元件和控制逻辑将严重阻碍1001个单元的快速同步控制。

由于部件的高质量，通过简单的开环控制即可实现精确对齐。该技术必须非常完善，几乎不需要维护，以便在10年系统使用寿命内不间断地执行任务。

项目经理Alasdair Fairley博士表示已经攻克了这些技术问题：“我们在MOONS上取得了良好的进展，预计能在2021年夏天安装光谱仪。调试大约需要半年时间，因此可能会在2022年初开始绘制宇宙地图。”

“我们相信，未来十年，FPU将保持全面运行，无需维护。”