在美国能源部国家加速器实验室一间灯火通明的洁净室里，工程师们正在为大型天气观测望远镜建造一架汽车大小的数码相机。
当它准备就绪时，LSST将从智利塞罗帕孔山上的有利位置拍摄几乎所有可以看到的天空，每隔几个晚上拍摄一次，持续十年，拍摄规模空前的天文电影。
照相机是多种极端的组合。它最大的镜头是天文学和天体物理学有史以来最大的镜头之一。支撑其成像传感器的陶瓷网格是如此平坦，以至于没有比人类红细胞更大的特征从其表面伸出来。控制传感器的电子设备是定制的，以适应非常狭小的空间和使用尽可能少的电力。
所有这些规范对于实现LSST的科学目标都是至关重要的。而且这些目标并不容易实现。LSST相机可以做以前没有相机能做的事情，而构建它需要解决以前从未解决过的技术问题。
“操作”游戏
“当你考虑一个如此复杂的项目时，你不能一头扎进去就说‘这里，我要一次性设计和建造这个’，对吧？”SLAC LSST相机集成和测试团队负责人蒂姆邦德表示。“你必须分而治之。所以你可以把它分成更小的部分，让各个小组一起工作。”
其中一项工作就是研究如何将相机的传感器安装到位。
32亿像素的LSST相机将成为有史以来最大的数码相机。就像手持数码相机一样，LSST相机将由一种称为电荷耦合器件的成像传感器组成，总共189个。这些传感器和它们的电子束被排列成21个9个传感器的托盘，称为“筏”。每一个都重达20多磅，几乎有2英尺高。
每一个传感器都很脆弱，如果它碰到其他橡皮艇中的一个，就会碎成碎片。而且，为了减少传感器图像的间隙，所有的木筏都必须安装在相机陶瓷网格内，间距为百分之二英寸。
LSST的工程师们不可能手工安装这些精致的橡皮艇而不破坏它们，所以他们接受了挑战，创造了一种可以代替他们完成这项特殊任务的装置。
他们想出一个又一个的概念。SLAC机械工程师特拉维斯兰格(Trais Lange)为每一种机器都创建了计算机模型，以便找到一种既能完成这项工作，又能以现有加工精度水平建造的设计方案。
兰格说：“这其中一个更大的挑战是所有独立部件的容忍度，以及它如何与允许我使用的运动幅度相对应。”如果一个部位的大小与人类头发的宽度相差甚远，那就成问题了。“如果你的很多部分都偏离了那么多，那么这些错误就会叠加在一起。”
该团队设计的其中一个设计类似于爪机游戏。该设备将安装在低温恒温器上方的结构上，低温恒温器是保持相机温度的设备。它的手臂很长，可以伸到下面等待安装的筏子上。在几个小时的过程中，它会把木筏拉上来，通过一个非常精确的槽，并进入网格。
四个专门的摄像头对准成像传感器的边缘，将有助于在不撞上邻近传感器的情况下引导筏子就位，而独特的成像软件将实时测量筏子之间的间隙。“这是一个疯狂的‘操作’游戏，”兰格说。
这个团队采用了爪机计划。2018年5月，他们用它的第一个练习筏和相机模型对它进行了测试。差不多过了一天，木筏终于成功地装好了。
安装机器人已经通过了其他几次成功的测试运行。现在他们已经解决了这个过程中的问题，安装每个木筏大约需要两个小时。工程师们计划今年夏天开始真正的安装过程。
不是你每天用的冰箱
当电流通过相机时，相机内的电子设备和传感器就会发热。但是热是天文观测的敌人。一个温暖的传感器会破坏它自己的观察，表现得好像它在没有光的地方感觉到光。任何听说过笔记本电脑风扇在电脑崩溃前加班的人都知道，高温也会导致电子设备停止工作。
为了保持相机足够冷，工程师们需要创建一个定制的制冷系统。他们最终制造了一个由八个制冷电路组成的系统——两个用于电子元件，六个用于传感器。
这些系统的工作原理都类似于厨房冰箱，其中液体制冷剂将热量从应该冷却的物体或区域带走。网络管携带制冷剂进入和出相机。
起初，团队只使用金属管来完成这项工作。金属能很好地隔绝水分，这一点很重要，因为任何从周围空气进入管道的水都会结冰，堵塞系统。在系统的某些部分，当摄像机指向天空的不同部分时，摄像机需要随着望远镜移动，这些管子被做成波纹状，使它们成为可弯曲的金属软管。
但有一个问题。制冷系统的压缩机是一种迫使制冷剂将吸收的热量倾倒到摄像机外的装置，它使用润滑油来平稳工作。当制冷系统运行时，一些油会离开压缩机，穿过管道。
如果机油以一致的速度通过回路回到压缩机，这就不会有问题。但这并没有发生;油的速度变慢了，有时会被波纹金属软管上的凹槽卡住。压气机的油不是在稳定的气流中，而是在涓滴或喷射中回流。这使得制冷系统难以预测，也更难维护。
LSST摄制组的SLAC机械工程师Diane Hascall说，因此，研究小组改用另一种软管来连接制冷系统的“接头”。“你几乎可以把它想象成花园的水管。但这是一种非常特殊的花园软管，可以和制冷剂一起使用。”
这种新型软管被称为光滑管，由橡胶层、编织层和其他柔性材料制成，内部光滑。哈斯克说，光滑的软管可以让机油更有效地回到压缩机。
但这是有代价的。与金属软管不同的是，光滑的软管可以让一些水分进入。
为决这个问题，研究小组安装了过滤干燥器，从系统中吸收水分。他们还在计算多久更换一次烘干机来保持相机的良好状态。
构建下一代技术
构建像LSST这样复杂的技术的每个组件本身就是一个挑战，但挑战还不止于此。工程师还必须设计专门的设备、软件和程序来测试不同的零件;把碎片拼在一起;并确定需要什么维护技术才能顺利运行。
“有大量的子系统，”邦德说。“所有这些子系统都必须展示它们的产品。所有这些产品都必须经过组装、测试，并最终制成完整的成品。”
邦德说，参与这个项目对工程团队来说是一个巨大的恩惠。他说，弄清楚制造如此先进的技术所带来的所有意想不到的挑战是一种很棒的经历，他期待着看到未来团队将共同应对哪些项目。
邦德说:“这就像挑选一群球员组建一支曲棍球队之类的。”“实际上，我们已经组建了一个非常好的团队，我们只是让一些年轻人跟上时代的步伐，为即将到来的下一代实验和项目进行培训。”
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