建筑 | 望远镜加装热系统

尽管现今创新的自适应光学仪器，可提供最大限度清晰的太阳表面图像，但如果望远镜的热系统没有得到正确管理的话，图像可能出现扭曲。因此，欲获得精准的光学性能，需要对望远镜的热环境进行严格控制。

尽管在过去的无数个年代里，每天早上我们的太阳都会忠实地升起，但它的基本物理科学奥秘仍隐藏在黑暗中。它的行为对地球上的我们的日常生活产生着重大影响。太阳耀斑、日冕物质抛射，都有可能产生负面影响，甚至将无线电通讯、GPS卫星和电网通通关闭。

这台望远镜将照出太阳表面最清晰的景象

科学家们在不断探索这颗离地球最近的恒星时，不断创造出新模型来解释其性质并预测其行为。这些模型的复杂性和精密性的增长，越来越需要高级太阳能望远镜，甚至那些安装在太空中的，都能超越当前的安装能力。

望远镜

为满足此需求，美国国家太阳天文台在海拔10000英尺（即3048米）的美国夏威夷毛伊岛Haleakalā火山峰上，架设了Daniel K. Inouye（以下简称DKI）太阳望远镜。美国国家太阳天文台由美国国家科学基金会资助的，受大学天文研究协会的合作协议支持。这里的所有研发，都基于美国国家太阳天文台所收集到的数据。

所以，天文台圆顶的表面温度需要周围的空气温度与之密切匹配，以消除空气中任何可能降低光路密度差的可能。

温度控制

在火山顶的极端天气环境中保持精确的圆顶温度，需要安装在观测站建筑上的片状热交换器的高压冷却剂，形成网状循环，需要选择一款适合的泵。美国国家太阳天文台设定了较高的操作规
范，包括广泛的温度范围，还有极其严格的交货计划，以满足整个建构时间表进程。

图上为美国国家太阳天文台热力系统经理LeEllen Phelps, 对这些泵通过了所有必需的工厂验收测试颇为赞许。

建构

为了向太阳研究科学家们提供一个满足需求的高分辨率观测太阳望远镜，22个机构共同合作，由美国国家太阳天文台牵头，国家科学基金会和大学天文研究协会合作，建起了这个世界上最大的太阳望远镜。

这台造价高达3亿4千4百万美元的DKI太阳望远镜，将通过太阳光球子的二光谱和磁场测量，实现前所未有的空间、光谱和时间的分辨率。之所以选择Haleakalā火山顶这个位置，是因为其可靠、清晰的白天大气观测条件。DKI太阳望远镜的建设始于2013年1月，计划到2020年正式全面运行。

精度

当望远镜以如此高的分辨率工作时，必须对所有影响性能的因素进行管理，以确保最大的设备精度。其中一个因素是所有天文台望远镜表面热环境的控制，这件事由美国国家太阳天文台热系统经理LeEllen Phelps监督。Phelps管理DKI太阳望远镜上所有热系统的设计、设备采购及建构。

Griswold公司的811系列泵已做好了运往夏威夷的准备。

“至关重要的是，我们必须控制光学系统、光学仪器和光学轨道所通过的每一条光路的热环境，”Phelps解释说：“为达到所要求的精度，我们必须在整个架构上安装无数热管理系统。我们的目标是保持仪器和设施的温度与环境空气的平均温度一致，均在2°C以内。只有这种程度的光路退化，才有可能满足望远镜光学补偿。”

控制环境

有一个重要的、必须得到控制的热环境要素，就是望远镜外壳表面。这个穹顶的表面积占地超过四分之一英亩，必须精确调节其温度，以接近环境空气的温度。环境空气和建筑物表面之间的任何温差，都会产生科学家们所说的“看见”，就是空气中的密度差，会使光路退化，导致图像失真。

冷却系统

Phelps表示：这些泵是冷却液分配系统的核心，负责管理天文台外部的热环境。“我们需要使用泵来循环十种不同温度的闭环传热流体，随着给定时间内所产生的环境温度，将天文台的不同部件，包括外部部件冷却到一个非常精确的温度。冷却剂在几个封闭的环内循环，使温度冷却到比周围环境温度低几度的程度，即使在太阳暴晒其表面、各种不同的风况下，泵的外壳温度与周围的环境条件也始终保持这种相应的状态。”

DKIST太阳望远镜将研究像超热等离子巨环那样的太阳现象。

为实现此目的，应用的泵必须符合严格的规格要求。“我在此应用流程中，使用一种离子盐水作为低温系统的传热溶液，比传统的HVAC泵能处理的温度低得多，且不会有结冰问题。”Phelps
表示：“主要是某些冷却系统中的低温，决定了最重要的泵的规格参数。其能源效率极低，也是一个重要的因素，因为毛伊岛电力成本高昂。”

在最后期限前完工

一开始，国家统计局就设定了严格的工程进度计划。热系统元件的选择和采集，自然也无例外。

历经一个充满火药味的投标流程之后，总部位于美国新墨西哥州阿尔伯克基的一家工业设备经销商James, Cooke &Hobson公司 (缩写为JCH)，赢得了这项泵的采购合同。他们在亚利桑那州、新墨西哥、德克萨斯、加利福尼亚、内华达州等地都有办事处。

JCH公司销售工程师Dean Newbold被指派来领导此项目，他立即意识到工程的最后期限是个大挑战。为此，Newbold联系了美国Griswold泵业公司寻求协助。Griswold是百士吉泵业集团（PSG）旗下的一家离心泵制造商，总部位于美国伊利诺斯州奥克布鲁克塔里斯郡。

Griswold公司与Newbold密切合作，构建、测试、并输送了九种不同的尺寸和配置的26 811系列ANSI离心泵，包括一些低流量配置。美国国家太阳天文台工作人员亲自进行泵的测试， 以测量吸气压力（PSI ） 、排气压力（PSI ） 、功率（ 马力） 、转速（RPM）、流量（GPM）、流体温度（°F）和振动。

可靠性

811系列提供了许多设计创新，提供长期的运行可靠性，包括：

·一个全开叶轮，具有后端调整能力，封闭模型的磨损处理能力翻倍，以实现对固体、腐蚀物和磨料的超级处理效果。

·后部泵出叶片，可减少液压负荷和密封室压力，从而产生平滑、无应力的操作。

·标准青铜迷宫油封，可防止外部污染物进入润滑介质，从而大大延长轴承寿命。

·超重型外壳，标准300级壁厚，即使处理腐蚀物或腐蚀性流体，也能延长套管寿命。

·重型轴，最大限度地减少了振动和轴偏转，将泵和轴承的生命周期优化到了10年。