Вопросы принятия принципиального решения по строительству обсерватории мы рассматривали ранее, как и подбор оптимального инструмента и выбор конструкции и модели купола обсерватории или иного укрытия. Полноценная обсерватория включает в свой состав достаточно большой состав электронных систем и оборудования. Именно это и является тематикой данной статьи.
Давайте перечислим основные системы современной обсерватории.
Рассмотри каждую систему подробне.
Обычно мощность оборудования обсерватории не велика и не превышает 0.5-1.0 кВт, чаще лежит в диапазоне 0.3-0.5 кВт на один небольшой инструмент. Соответственно, любая стационарная линия электропитания 0.4кВ такую мощность легко обеспечивает, достаточно однофазной сети. На удалении от крупных городов большую актуальность приобретают нахождение сетевого напряжения в допустимых пределах и его бесперебойность. Нормальным является напряжение 230В ± 5%, предельно допустимым кратковременно - 230±10%. Причина колебаний напряжения в сельской и горной местности состоит в длинных электрических линиях, обладающих заметным внутренним сопротивлением. Из за этого, при высокой нагрузки при пиковом потреблении, происходит «просадка» напряжения на внутреннем сопротивлении линии. Подъем напряжения возможен при уменьшении потребления энергии. Таким образом, изменение нагрузки на длинных линиях электропитания приводит к заметным скачкам напряжения и возможному негативному влиянию на источники питания многочисленной астрономической аппаратуры, а также на саму эту аппаратуру, не всегда дешевую. Самые опасные последствия возникают при обрыве нейтрали, нулевого провода. В этом случае возникает перекос фаз и резкое нарушение уровней напряжения, почти гарантированно выводящих из строя электронику. Следовательно, крайне желательно использование стабилизаторов напряжения, как минимум отключающих электроустановки от питающей сети при выходе напряжения за допустимые пределы. Одним из вариантов уменьшения влияния этой проблемы является использование качественных импульсных стабилизированных источников питания с расширенным диапазоном входных напряжений.
Резервным источником может служить как система аккумуляторов и заряжающего их сетевого источника питания, так и небольшой электрогенератор с автоматизированным запуском. Важно не забыть правильную коммутацию электрогенератора, чтобы исключить подачу встречного не синфазного напряжения при восстановлении основного питания.
Тема достаточно емкая и многогранная, возможно позже посвятим ей еще одну статью.
Заземление и молниезащита. - важные составляющие сложной электроустановки, которой является современная обсерватория. Отсылаю Вас к разделу 1.7 ПУЭ, где сформулированы требования к указанным системам. Важно понимать, что заземление - это не ржавый штырь, забитый в огороде, и не провод прикрученный к водопроводной трубе. Предлагаю отнестись серьезно к указанным разделам, так как они определяют безопасность людей в обсерватории и сохранность оборудования. Молниезащита - отдельная от заземления система, рассчитываемая на работу с токами молнии и защищающая основное оборудование. Кроме молниеприемников имеет смысл использовать молниезащиту на длинных коммуникационных линиях в пределах объекта, а также использовать оптоволоконные линии для передачи данных, если Вы хотите еще снизить вероятность проблем из за молний. К сожалению, это решение приведет к росту стоимости оборудования и может быть рекомендовано для профессиональных обсерваторий.
Наличие канала дистанционного управления и контроля является в настоящее время непременным атрибутом современной обсерватории. Существенная часть наблюдений проводится дистанционно. И в таком случае не обойтись без надежных каналов связи. В зависимости от места расположения обсерватории и расстоянию до населенных территорий возможны следующие варианты.
В маленькой домашней обсерватории все системы могут быть подключены к одному компьютеру с помощью USB-хабов, однако в связи с большим числом оборудования, как правило компьютеров несколько, каждый из которых отвечает за определенные задачи. Кроме того, часто оборудование также имеет разные интерфейсы, и все чаще встречается оборудование с Ethernet портом. Следовательно, основная передача данных между устройствами обсерватории и подключение к внешнему миру происходит по протоколу Ethernet. Основным устройством, соединяющим компьютеры обсерватории и иное оборудование, например камеры видеонаблюдения является коммутатор. От коммутатора к каждому компьютеру системы должна быть проложена кабельная линия. Внутри помещения как правило используется кабель типа UTP 5e - обычная витая пара. Линии между зданиями, например между обсерваторией и стоящим рядом бытовым помещением, выбираются исходя из расстояния между ними, наличия электромагнитных помех и опасности повреждения молнией. В большинстве случаев при бюджетных решениях также могут применяться линии из витой пары, проложенные в защитных трубках в земле с применением на концах линии устройств грозозащиты. Профессиональные обсерватории используют оптические линии, даже если расстояние не велико, для повышение скорости и надежности системы. Коммутацию внешних линий - каналов связи и внутреннх сетей обсерватории осуществляет шлюз. Именно в настойках шлюза указываются логины и пароли операторов и другие сетевые параметры. В профессиональных обсерваториях всегда используют Межсетевые экраны (Firewall) для пресечения попыток несанкционированного доступа извне. Функции Firewall могут выполнять как шлюзы, так и быть представлены отдельным устройством или сервером с соответствующим программным обеспечением.
Контроль «зависания» - необходимая функция для удаленной обсерватории. Любые самые надежные компьютеры и контроллеры рано или поздно зависают. Ошибки программ, сбои питания, неоптимальный тепловой режим, что то еще - рано или поздно это происходит. Как правило, чем дороже и профессиональнее оборудование и ПО - тем реже, но гарантии нет, и если придется посылать специалиста за 100 км чтобы перезапустить пару компьютеров, то ценное наблюдательное время будет упущено. Поэтому используются системы Watch Dog - перезапускающие электронику при отсутствии ответа на запрос системы в течении определенного времени. Если есть отдельный способ доступа к энергетической установке - можно перезапускать компьютеры в ручную, но связь с энергоустановкой часто осуществляется по тем же каналам, что и с основным оборудованием, и если не отвечает связное оборудование, то не удается и подать команду пересброса питания. Тут выручат системы автоматического рестарта.
Мониторинг систем обсерватории - сервисная функция, не требующаяся каждый день. Используется при возникновении сбоев и периодическом контроле. Позволяет видеть проблемы потенциальные, не влияющие на работу прямо сейчас. Именно для этого, рекомендуется выбирать спецификации оборудования, позволяющие контролировать максимум параметров и предусматривающие протокол дистанционного контроля.
Системы безопасности обсерватории в принципе не представляют что то особенное, относительно других технических объектов. Имеет смысл, особенно при отсутствии постоянного персонала, знать что происходит задымление, открытие дверей и шторок купола, а также иметь возможность увидеть происходящее онлайн и в записи.
Погодные станции представлены в большом ассортименте. При выборе советую обратить внимание только на несколько аспектов.
AllSky камера - камера всего неба. Широкоугольная камера, делающая периодические снимки небесной сферы. Позволяет выбрать объект съемки при частичной облачности и оценить динамику. Отличаются качеством объектива и матрицы, наличием у удобством программного обеспечения, интерфейсом подключения в сеть обсерватории, диапазоном рабочих температур - наличием систем обеспечения температурного режима.
Управление куполом или иным укрытием телескопа - важная функция. Необходимо предусматривать не только передачу команды на открытие, закрытие, поворот на заданный угол и так далее. Необходимо контролировать выполнение этих команд и предотвращать аварийные ситуации, такие как соударение с инструментом, заклинивание в механизмах и тд. Эти задачи решает контроллер управления куполом. Этот контроллер также должен находиться в сети оборудования обсерватории и управляться соответствующим программным обеспечением.
Управление климатом в обсерватории - важная функция, если стоит задача получения изображений с высоким разрешение. То есть необходимо привести в единую с окружающим воздухом температуру и оптику телескопа и подкупольное пространство к моменту начала работы. Цель - обеспечение равномерного расчетного рельефа оптических элементов и отсутствие искажений термостабилизации, а также ухудшения качества изображений из за турбуленции воздуха внутри обсерватории. А это значит, что система должна автоматически управляться и иметь связь с погодной станцией и иметь элементы прогнозирования изменения условий.
Управление системами телескопа, монтировкой и приемниками изображения являются в настоящее время практически стандартными, управляются рядом широко известных программ, известным и широко используемым как любителями, так и профессионалами. Профессионалы часто дополнительно заказывают или пишут собственное ПО для оптимизации работы в условиях конкретной обсерватории и задачи.
Таким образом, электронные системы современной обсерватории с одной стороны, решают большой перечень задач и позволяют осуществлять дистанционное управление обсерваторией, с другой стороны, являются достаточно сложными и многочисленными, требующими некоторой квалификации в их подборе и настройке.