LMS设备在目前最大的空间望远镜最后测试阶段中的应用

如果一切按计划进行，同类型中最大的空间望远镜——Herschel望远镜将于2009年初从欧洲空间局法属圭亚那地区的库鲁发射场搭载Ariane 5型火箭发射升空。大约6个月后，Herschel将到达空间中围绕第二拉格朗日点（也被天文学家们简称为L2点）的轨道运行。从太空中这个远离地球150万千米的位置，Herschel将调查恒星和星系如何形成的历史，同时也将研究它们继而如何形成银河或其它星系。

如此重大的项目并非一蹴而就。ESA（欧洲空间局）和欧洲航天工业的专家组经过多年的辛勤劳动将各个价格昂贵的结构部件组装起来，并将其装载到航天器上。它是一个约7.5米高、4米宽的高大筒状物，发射质量接近3.3吨。Herschel前往L2点的行程将极富挑战。Herschel望远镜计划在一个比Hubble望远镜更遥远的轨道上服役三年。Herschel不仅要承受前往L2的航行中严酷的环境条件，以及发射过程中Herschel将受到强烈的振动冲击，同时来自火箭发动机以及运载火箭的空气动力学特性将产生的极高噪声级。这正是来自于荷兰沿海小镇Noordwijkr的欧洲空间研究和空间技术中心（ESTEC）下属的欧洲测试服务部（ETS）的振动和声学专家组参与该项目的原因。位于阿姆斯特丹和海牙之间的ESTEC是最大的ESA联合企业。作为欧洲空间项目的世界级测试中心和枢纽，它最有可能成为欧洲火箭科学家最集中的所在地之一。

“ESTEC测试中心是欧洲最大的并也可能是世界最大的测试中心之一。测试设备包括一系列电动振动台，如6自由度液压振动台HYDRA，被称作LEAF的一流的声学设施，以及大量的物理特性测试设备——所有这些都是为验证航天器、及其子系统和其它独立设备结构设计的完整性和发射生存能力而设计的。”ETS测试中心经营部的市场和销售经理Alexander Kübler这样解释。

ESTEC测试中心的领导Gaetan Piret补充到“HYDRA十分独特。在航天工业中，控制必须高度安全及可靠。必须能够非常平顺地制动振动台，避免任何损坏卫星的风险。我相信在欧洲没有几家机构单位能够掌握这种吨位的设备，并且其中大多数被用来进行地震测试。”

确保Herschel的安全

于2008年6月末，Herschel航天器经受了一系列机械测试以验证航天器是否满足技术要求，从而确保飞行模型为于2009年这次富有历史意义的发射做好准备。测试包括声学、噪声测试和超过一周的振动测试。

LMS-ETS合作伙伴为执行关键的振动和声学测试任务，必须对软硬件报有150%的信心。LMS国际公司和ESTEC-ETS在共同应对航天测试领域的严峻挑战上，有着长期的成功合作关系。

五年前，ESTEC测试中心进行内部系统升级，这次升级将采用LMS设备，包括一流的LMS SCADAS III硬件和用于振动控制和减少冗余数据的LMS Test.Lab环境试验软件。通过与ESA员工的紧密合作，并为了更高效地采用软件，这些标准配置被集成于一个客户化的订制包中。

新的LMS系统通过超过500个通道将LMS Test.Lab Environmental软件和LMS SCADAS III硬件结合起来。40通道的振动控制系统以实时及闭环的模式精确地控制特定载荷的激励过程。主控站管理总体数据采集，而四个移动站则处理所有测试数据。每个移动站能管理128通道的信号调理、采集、原始时间数据存储和在线处理。

LMS采集系统显示实时测试结果并在测试后立即传输电子数据，主要通过U盘和DVD进行存盘，尽管系统也能快速生成打印图表。真正的创新性在于，这些移动处理站提供能够最大的测试灵活性：它们能够分开同时进行多个测试任务或组合成一个400到500通道的数采系统。

“旧系统于1985年安装，并一直用到2002年。最后，我们在通道数（只有256个通道）和类似磁带数据备份方面受到限制。显然它该升级了。”Piret先生解释。“我们知道我们想要的是：500通道；高度可靠不会造成数据丢失的系统；所有通道上的时域输出能力；测试后数据能立即得到处理。LMS创造了四个独立的互锁系统，可以分开或一起使用。这给了我们测试中心带来了极大的灵活性。”

在移动性，灵活性和省时性方面得到改善

新系统与关键软件的升级以及一些附加的模块例如动画模块已经改变了ESTEC测试中心的测试和数据采集观念。通过移动系统，操作员随着发射架进行物理移动，并可简单地与地面上的其他操作者进行交互。 [p]

“在测试中，仅需一个主控面板操作员。而无需四个操作员在每个发射架前用步话机进行通话。步话机时代已经永远地过去了。”ESTEC的机械测试主管Steffen Scharfenberg说到。

这种全新的移动性能也是灵活性得到改进的一个方面。以往的系统是一个体积庞大的固定的永久性系统。现在，数据采集系统看起来就像是四个带有轮子的小冰箱。这些单元可以简单地分开或组合在一起成为一个512通道的数采系统。

“与旧系统不同的是，我们可以轻松地同时进行两场测试。另外，系统令人印象深刻的带宽和动态范围，支持LMS Scadas III硬件及分析能力的电荷型传感器，允许我们将其作为一个高通道数的瞬态记录器用于爆脱冲击测试。”Piret先生补充到。

省时的接线板

接线板能够节省大量的时间。在考虑新系统时，Gaetan Piret提出了一个想法，即将卫星及其联接器装置，从进行装置设置的无尘室移到真实振动台上。

“为进行振动噪声测试，两个设备之间的物理距离有100米。在过去，这意味着分离200条电缆，并在另一侧再重新连接这200条电缆以及对它们进行仔细检查。简而言之，仅200通道就需要耗费为期两天的工作时间。”Gaetan Piret说。

Herschel将同ESA的Planck航天器一起，通过Ariane 5型火箭发射升空。在发射后不久，两个航天器将分离，并独立前往围绕地日系第二拉格朗日点的不同的轨道。
Herschel将展示寒冷宇宙前所未有的视野，弥补从地面观察及早期此类空间任务的空白。红外辐射可穿过遮挡在光学望远镜与物体之间的气体和尘埃云，洞察到恒星形成区域、银河中心和行星系统。空间尘埃掩盖了更加寒冷天体如小恒星和分子云，甚至是银河星系，在光学范围内它们几乎是不发光的，但在红外区域内仍可见。从而红外范围内的观察为我们提供了关于宇宙未知的视野。 [p] 得益于接线板，现在团队仅需做一次连接工作，从单调的设置过程中节省了宝贵的时间。“通过新的500通道系统和接线板，我们仅需用16条主线缆代替500条单独的线缆来实现连接。改装后，以前需要4天或更多时间的工作，现在仅在数小时内即可完成。”Steffen Scharfenberg补充到。

在30分钟内进行数据传递

在数据处理方面也取得了一些明显地改进。作为一个100%的在线系统，LMS Test.Lab在测试后立即传递频域结果。数据不需要进行任何额外的后处理工作。同时，可同时获得作为备份的时域数据。

“在大型的测试之后，我们通常能够在30分钟内通过USB棒为500通道传递数据。这当然包括在交付用户之前我们对其进行质量控制。”ESTEC的ETS数据处理经理Jean-Sebastien Servaye这样陈述。

一个典型的测试，Herschel准备在4-100Hz的频率范围内进行横向正弦振动。
为了这次振动测试，在ESTEC测试中心空间飞行器模型被固定于电动振动台上。
在大约80秒的时间内，振动台的频率从4Hz逐渐稳步增加到100Hz，
在Herschel航天器的三个轴向上各进行四次振动测试。
“由于客户通常希望立即得到数据，这带来了一定的挑战。”Steffen Scharfenberg补充。Jean-Sebastien Servaye说：“LMS Test.Lab的最大优点是该系统非常完善地包含了配置、信号调理和数据采集。你无须进行数据转换。它非常准确且易于操作。”

前瞻性、安全可靠的测试

随着欧洲越来越多复杂的卫星测试任务以及其它类型的测试（例如飞行器），Noordwijk的ESTEC测试中心显然已成为测试方面安全、质量和效率的基准。“至于安全性，它可能是测试中心最重要的因素，操作员从LMS Test.Lab控制中的自检功能中获益匪浅。它简明地预测了在扫频正弦或随机激励的条件下，每个通道得到的响应，这些响应描述了航天器的行为表现。在某种意义上，它是关键的任务测试中对于保证昂贵的航天设备安全性的重要反映。”Jean-Sebastien Servaye这样总结。(end)