用激光技术创造的人造恒星

在我们创造自己的星球之前，还有很长的路要走。然而，在科学应用中，这项技术今天已经在使用。荷兰应用科学研究组织TNO为欧洲南方天文台(ESO)的甚大望远镜(VLT)开发了一套投影系统。所谓的“光学管组件”是用来产生人造恒星的复杂投影系统。高精度驱动系统由两台无刷maxon平面电机、带主轴的行星齿轮头和编码器确保激光的精确定位。

欧洲南部天文台（ESO）是世界上最成功的科学观测所。由于它成立于1962年，因此ESO一直为天文学家和天体物理学家提供最先进的研究设施。欧洲天文学的旗舰是非常大的望远镜（VLT），位于智利的帕拉卡尔山，为红外和可见光光谱的观察提供了最佳条件。VLT是世界上最先进的光学仪器，由四个单元望远镜（UTS）或“主望远镜”或“主望远镜”，镜面直径为8.2米和四个1.8 M轨道的可移动辅助望远镜（ATS）。荷兰应用科学研究组织TNO开发了VLT的投影系统。所谓的“光学管组件”（OTA）是用于产生人造恒星的复杂投影系统。利用这些系统，激光束高到大气中以产生人造恒星。这些光学管属于“四激光导灯设施”（4LGSF）的关键元件。该设施代表了具有自适应光学器件的下一代望远镜，所谓的自适应光学设施（AOF），其在VLT上使用。4LGSF由四个强大的20 W激光器组成，有助于纠正VLT的图像扭曲，由空气中的湍流引起。 Furthermore, thanks to the new laser system, better coverage of the field of view of the telescope is achieved.

通常，望远镜从天空收集入射光并将其集中在仪器中。通过这种新技术，采取了相反的方法。望远镜用于将激光束投射到天空中，从而产生光点。激光束在大气中在90 km的海拔地区激发一层钠原子。结果，他们开始辐射光线。这种情况发生在高度为90公里的45毫米的定位精度。这些发光的斑点起到人工指导恒星，使天文观测在靠近的科学家方便。有四个这样的人造恒星，可以改善VLT的焦点。

maxon驱动系统在现场选择机制
OTA的设计包括一个20倍的激光束扩展器和一个主动倾斜镜和场选择机构(FSM)。这种机制是结合到膜弹簧和支柱组合，只允许尖端和倾斜运动。FSM的镜像直径为100mm。它可以在平行于镜面的平面上绕两个正交轴旋转。(图2)FSM反射镜的旋转导致激光束对天空角度的响应非对称减小。反射镜是弹性铰链，并通过高刚度的自锁执行器进行对准。为了达到所需的绝对精度，使用了直接测量镜面相对于基座的方向的传感器。

maxon电机驱动系统负责FSM中镜面的精确倾斜运动，从而对天空中的激光进行精确对准。在望远镜中，每个FSM单元使用两个电机。对于驱动器的设计，动态范围要求是决定性的。只有少数商业执行机构配备了满足这些要求的自锁功能。因此，TNO开发了一种基于标准maxon主轴传动与行星齿轮头和集成滚珠丝杠主轴的高精度弹簧传动。其功能原理如图3所示:当电机旋转时，螺母压缩一个软弹簧。软弹簧对连接在镜面支架上的硬弹簧施加一个力。软弹簧和硬弹簧的刚度比为1:22。因此，螺母的运动使镜面的运动减小了22倍。这一原则极大地提高了分辨率，而FSM的动态行为只是略有降低。 As the available space in the FSM units puts limits on the height of the components, the brushless flat motors are especially suitable for this application.

2015年，智利普洛天生观测站的第一个望远镜将配备这种新的激光技术。此外，ESO计划在其他望远镜中实施技术。欧洲极大的望远镜（E-ELT）镜面直径为40米（可见光和红外光的最大望远镜）也将配备激光技术。因此，人类还将在未来更清楚地看到星星。