使用支持多核功能的NI LabVIEW开发世界最大望远镜

Author(s):
Jason Spyromilio - European Southern Observatory

Industry:
Research, Aerospace/Avionics

Products:
LabVIEW, Real-Time Module

The Challenge:
使用商业购买即可使用（COTS）的解决方案，用于特大型望远镜自适应光学实时控制中的高性能计算（HPC）。

The Solution:
将NI LabVIEW的图形化编程环境和多核处理器结合在一起，开发实时控制系统，证明COTS 技术能够用于控制欧洲特大型望远镜（E-ELT），目前E-ELT 处于原型设计阶段。

为了进行尺寸对比，两个人和一辆汽车位于E-ELT 边上。M1 主镜面的直径是42 米，其镜面的制造是分段完成的

概述
欧洲南方天文台（ESO）是由13 个欧洲国家支持的天文研究机构。我们已经开发并部署了一些世界上最先进的望远镜。我们目前在智利的安第斯山地区分布着三个站点，即La Silla、Paranal 以及Chajnantor 天文台。我们总是采用创新技术，例如在La Silla 的3.6米望远镜上使用第一个通用用户自适应光学系统，在La Silla 的3.5米新技术望远镜（NTT）上部署主动光学系统，以及在Paranal 运用大型望远镜（VLT）的整合操作和关联干涉仪。此外，我们还和北美、东亚合作伙伴进行合作，建立Atacama大型毫米阵列（ALMA），它是耗资十亿美元的66 天线亚毫米望远镜，计划于2012 年在Chajnantor 大草原建成。

我们的下一个项目是E-ELT。这个主镜直径42 米的望远镜设计已经进入了阶段B，并且获得了1 亿美元的资金，用于初期设计和原型开发。在阶段B 之后，预计在2010 年底开始进行建造。

大规模主动、自适应光学系统
42 米望远镜吸收了ESO和天文界在主动自适应光学与分段镜面方面的经验。主动光学系统包含了传感器、促动器和控制系统，从而使望远镜能够维持正确的镜面形状。我们可以自动维护望远镜的正确配置，减少在光学设计中的任何残留象差，提高效率和容错性。这些望远镜在夜间需要每分钟都进行主动光学系统校正，从而确保成像只受到大气效应的影响。

自适应光学系统使用相似的方法，在数百赫兹的频率下监视大气效应，并使用经过特殊加工的可变形薄型镜面加以校正。扰动尺度决定了这些可变形镜面上促动器的数量。波前传感器快速运行，对大气进行采样，将所有失真转换为相应的镜面动作指令。这需要支持高速计算的硬件和软件。

控制复杂的系统需要十分强大的处理能力。对于在过去部署的控制系统而言，我们基于虚拟机环境（VME）实时控制可以开发专用的控制系统，这不但十分昂贵而且十分耗时。我们现在与NI 工程师们一起合作， 使用COTS软件和硬件，使E-ELT 上的主分段镜面的控制系统（称为M1）性能达到新的高度。同时我们也在研究基于COTS 的可能解决方案，用于望远镜镜面自适应实时控制（称为M4）。

M1是包含984 个六边形镜面的分段镜面，总直径达到42 米，每个镜面的重量约为330 磅，直径在1.5 至2 米之间。与之相比，哈勃空间望远镜的主镜面的直径不过2.4 米。E-ELT 的一个单体主镜面本身就比世界上最大的光学望远镜大三倍，并且五个这样的镜面将协同工作。