Подшипники для гигантского
радиотелескопа (продолжение)
Новое поколение телескопов
Телескопы VLA работают уже 40 лет, их собственник, National Radio Astronomy Observatory (NRAO), запустил двухмиллионную программу по замене на инструмент новой конструкции, его назовут ngVLA (next-generation Very Large Array).
Они будут использовать астрономическую интерференцию на новом уровне. Будут использоваться тарелки меньшего диаметра: 18 метров в диаметре вместо 25 метров, как у предшественников. Но их самих будет намного больше. Основной ряд будет включать 224 антенны, выстроенных в несколько спиралей на участке, где сейчас стоят VLA. Дополнительные 30 тарелок будут расширять ряды более чем на 1000 км на американском северозападе, с дополнительными тарелками, расположенными в континентальной части США, на Гавайях и в Пуэрто Рико, чтобы создать виртуальный телескоп в масштабе континента.
Тарелка подана
Команда Луца Стенверса едет в Нью Мексико с первым прототипом антенны VLA. Новые тарелки – это не вполне тарелки. В то время как большинство радиотелескопов используют симметричные круговые отражатели, с приемной антенной в центре, антенны ngVLA будут более прямоугольной формы, с приемной антенной у нижнего края. Эта конструкция, двухзеркальная антенна Грегори, позволит обеспечить лучшие характеристики, чем симметричная антенна того же размера.
«Эта конструкция имеет много преимуществ перед круглой антенной, но построить ее гораздо сложнее», - говорит Стенверс. «Поддерживающая конструкция круглой антенны состоит из нескольких колец, для ngVLA нужна более сложная опора».
Поддерживающая конструкция отражательной поверхности критичная для ее характеристик. Чтобы сохранять фокус, конструкция должна выдерживать отражающие алюминиевые панели и сохранять позицию с точностью в миллиметры на конструкции, которая непрерывно движется в процессе работы, и должны работать на улице в течение десятилетий, под воздействием сильных ветров и суровых погодных условий.
Сложности добавляет то, что конструкция должна упаковываться в небольшую тару, для простой транспортировки, и после этого детали должны быть готовы к простой и точной сборке на месте. Учитывая, что потребуется изготовить сотни одинаковых узлов, цена также имеет значение.
Решение mtex – решетка треугольной формы, состоящая из более, чем 700 стальных трубок, соединенных высокоточными шарнирными соединениями, которые соединяются вместе, чтобы придать конструкции желаемую форму. Приемная антенна, которая улавливает радиоволны, поддерживается 8 метровой трубой из углеродистого волокна, материал, использованный из-за его исключительной жесткости.
Собранная конструкция крепится на стальную башню, которая несет двигатели и систему управления антенной. В разобранном виде, все компоненты сконструированы так, чтобы помещаться в несколько стандартных контейнеров. Каждый промаркирован уникальным QR кодом, с помощью которого строительная бригада сможет просто собрать правильные части в правильном порядке.
Неторопливое движение
Радиотелескоп включает в себя механизм и вспомогательную структуру. Тарелка и приемное устройство вращаются вместе на двух осях, чтобы держать инструмент нацеленным на свою цель в небе. Это движение имеет две формы: медленную, когда телескоп переключается между целями и очень медленное, когда система производит крохотные настройки в процессе работы, чтобы отследить цель компенсируя ветер и вращение Земли.
«Требуется угловая точность три угловых секунды», - объясняет Стенверс. Это меньше одной тысячной градуса. На Земле, этого было бы достаточно, чтобы испустить лазерный луч в цель размером 1 метр, расположенную за 69 километров от излучателя.
Достижение такого уровня точности требует сложных датчиков и программного обеспечения, а также очень точных механических компонентов. Для поставки двух подшипников, которые поворачивают телескоп на 12 и 90 градусов над горизонтом, в компании mtex выбрали SKF.
Два года компании совместно искали решение, которое было бы достаточно грузоподъемным, имело низкий уровень трения и экстремальную точность. «Основа решения – сферические роликоподшипники SKF класса Explorer», - говорит Юрген Блюм, менеджер по инжиниринговым услугам SKF. Диаметр каждого подшипника 720 мм и вес 290 кг. Такие подшипники обычно используют в горнодобывающем оборудовании».
В этом, наиболее типичном применении подшипник должен выдерживать высокие скорости, ударные нагрузки и вибрации. В телескопе, говорит Стенверс, «он практически неподвижен». Однако применение в телескопе предъявляет другие требования к подшипниковой системе. Он должен выдерживать большую нагрузку с минимальным зазором. И его движение, хотя и медленное, должно быть плавным и предсказуемым.
Команда разработчиков инженеров SKF произвела расширенные симуляции, чтобы найти правильное решение для выполнения этой работы. Они выбрали надежную смазочную систему, которая подает точное количество смазки в правильное время, чтобы минимизировать скачки при начале движения подшипника и снизить трение и износ в процессе работы. Были произведены кольца подшипников необычно высокой точности, отклонение толщины кольца сведено к минимуму, так как они вызывают биения во время работы. Подшипник прототипа собрали на специальных конических втулках, которые позволяют точно настроить финальный зазор, и снизить радиальное биение в процессе работы.
Первый взгляд
Летом 2024, команда SKF поедет в Испанию, чтобы помочь mtex установить и настроить подшипник на прототип телескопа. После этого он будет разобран и отправлен в пункт назначения в Нью-Мексико, там mtex будет два месяца испытывать движение и управление системой, перед тем как передать инструмент заказчику.
После этого команда NRAO установит опытный набор датчиков на инструмент, с целью произвести первые изображения с телескопа – шаг, которые называют «first light» - в начале 2025. Это будет началом 18-месячного периода испытаний и доработки. Если все цели будут достигнуты в соответствии с планом, NRAO начнет массовое производство антенн для проекта ngVLA в 2027, поддерживая строительный процесс, который займет десятилетие.
Для Луца Стенверса это захватывающее время, но также печальное. Его отец умер за несколько недель до сборки первой антенны, и телескоп прототип будет назван в память о нем.
29.07.24
Новости мировых производителей подшипников и деталей
промышленных трансмиссий (RSS)
Архив новостей
При использовании новостей сайта прямая активная гиперссылка на
BERGAB.RU
обязательна