詹姆斯韦布望远镜也是一个微操的传奇！
- 转发 @天文小组李镇业 : 詹姆斯韦布望远镜的镜片是如何调整位置的？
首先来点老生常谈：在发射之后JWST的18块镜片都可以独立移动，以此拼接成一块完整的镜面。每个镜片的位置和朝向由6个相同的促动器组成的“六轴平台”负责，它们组合在一起可以控制镜片的三个平动方向和三个转动方向。相信很多人对这种设计并不陌生，例如FAST的馈源舱就可以看作一个巨大的六轴平台。
但让这些促动器堪称黑科技的，是它们的技术参数，以及精妙的实现方式。这些促动器可以让镜片在6度的范围内摆动，相当于22mm的行程，但是调整的步长却只有7.7nm，中间相差超过6个量级。想象一根尺子，上面有三百万根刻线，这把尺子会是什么样？
如果让大家猜测的话，可能有的人会说用压电材料，有人会说音圈电机也可以，这些是常见的技术了。不过在JWST上，还有一个关键的技术要求：在断电后能保持原来的位置。这是因为望远镜是在极低的温度下运行，任何耗电的设备都会发热，对望远镜的温控会造成巨大的负担。
所以工程师还是采用最传统的机械结构来实现看似不可能的要求。不光做到了，还只用一台步进电机就实现了跨越6个量级的微调。是不是很神奇？
显然，为了实现如此大的行程和如此精确的微调，每套促动器需要分为粗调和微调两个部分。两个部分串联在一起，粗调负责大行程，微调负责高精度。粗调部分没什么特殊的，就是一个非常精密的螺杆，将步进电机的旋转转化为伸缩。
而精调部分就比较精巧了。首先，步进电机安装在一个偏心的轴承上，随着电机的旋转，轴承会有大约1mm的上下摆动。电机上有一个60:1的减速器，这样转一圈大概是1440步，所以这种上下摆动的分辨率大概到了微米量级。而这还不够，还需要把这个摆动继续缩小。
这个1mm的摆动传导到一个A形架子的中心。可以想象这个A形架是一套连杆组成的系统，当两个脚固定的时候，中心横杆的长度如果有改变，A字尖端的高度就会有相应变化，不过幅度小得多。就这样，一个大范围的运动就转换成了一个小范围的运动。把偏心轴承安装在A形架的横杆位置，镜片安装在尖端位置，通过这套机构，可以把运动减小一百倍，所以我们就从微米级的精度来到了纳米级。当然这里的A形架都是一整块材料做成的，完全靠材料的弹性形变来进行上述的运动。
那么，如此迥异的两个机构是如何只通过一台电机控制的呢？通过特殊的“离合器”。乍看上去是两个相同的齿盘，只不过——两个齿盘上都只有一个齿。上部带动下部旋转时，可以向一个方向正转，而一旦上部开始反转，需要反转大概一整圈，下部才会开始反转。
而粗调与精调的区别，就在这反转的一圈之内。电机和精调安装在上部，粗调安装在下部。需要粗调时，电机带动下部的粗调旋转，这时精调虽然也在旋转，但只是一上一下的往复运动而已。一旦粗调结束，电机就开始反转，这时候就只有精调在运动，粗调自然就停在原来的位置了。因为精调是由偏心轴承带动的，只需要半圈就可以调整到任何想要的位置。
就这样，不需要任何额外的活动部件，只靠电机的正反旋转，就可以实现粗调和精调的选择。一旦调整到位，由于各部分之间的摩擦力，促动器就固定在最终的位置。只需要把电机断电，就不会产生任何热源干扰望远镜的观测了。
