负刚度隔振在支撑系统中起着不可或缺的作用，用于航天器和部件的内部和外部的地面测试和开发真空室。
史蒂夫Varma
业务经理
- K技术
航天器地面测试对最小的振动都很敏感，可能是由许多因素引起的。每个结构都在传递来自内部和外部的振动。在建筑物内部，供暖和通风系统、风扇、水泵和电梯只是制造振动的机械设备中的一部分。根据测试距离这些振动源有多远，以及测试在结构中的位置，将决定测试将受到多大程度的影响。在建筑物外部，测试可能受到邻近道路交通的振动、附近建筑、飞机噪音，甚至风和其他可能导致结构运动的天气条件的影响。
许多振动是低赫兹的，水平传播。但由于水平建筑振动不太明显，它们通常在隔振系统中补偿不足，因此直接传递到正在进行的测试中。
负刚度隔振是负K技术公司开发的一项专利技术，它已被数百所大学、政府实验室和从事高精度测试和模拟的航天机构采用。
Negative-Stiffness隔振
在20世纪90年代中期引入的负刚度隔振在振动临界应用中表现出色，主要是因为它能够有效隔离较低的频率，无论是垂直还是水平。
负刚度隔离器提供了独特的隔振能力，采用完全机械的概念，不需要空气或电力，也不需要电子、电机或泵。它们完全以被动机械模式运作。
垂直运动隔离由支撑重量负载的刚性弹簧提供，并结合负刚度机构。净垂直刚度较低，不影响弹簧的静载能力。与垂直运动隔离器串联连接的梁柱提供水平运动隔离。梁柱表现为弹簧与负刚度机构的结合。
通过透射率曲线测量，这些隔离器提供了高性能。振动传递率是相对于输入振动通过隔振器传递的振动的度量。每个隔离器将在其谐振频率放大，然后开始隔离。
负刚度隔离器的谐振频率通常为0.5 Hz。大多数建筑物在这一区域的振动很小，在0.5 Hz的频率下发现显著的振动是不寻常的。频率在0.7 Hz以上的振动随着频率的增加而迅速衰减。（注意，对于固有频率为0.5 Hz的隔离系统，隔离从0.7 Hz开始，随着振动频率的增加而改善。固有频率更常用来描述系统的性能。当调整到0.5 Hz时，负刚度隔离器在2 Hz时实现约93%的隔离效率;在5赫兹时99%;10hz时99.7%。
一些隔离器提供水平1.5 Hz和垂直0.5 Hz的固有频率;大多数在垂直和水平方向提供0.5 Hz。定制的负刚度隔离器可以提供较低的固有频率垂直和水平。负刚度隔离器具有自定义定制更高的谐振频率时，较低的不需要的灵活性。
NASA望远镜的低温测试
2017年7月10日，美国宇航局约翰逊航天中心历史悠久的A室的拱形、直径40英尺、重40吨的门被密封关闭，标志着美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)在休斯顿约100天的低温测试的开始。在这扇巨大的门后面，改造舱室内部以适应无空气、寒冷的太空环境的工作开始了。花了大约10天的时间将空气从腔室中抽出，然后又花了大约一个月的时间将韦伯望远镜及其科学仪器的温度降低到测试所需的水平。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是为太空飞行而开发的最大的低温仪器望远镜。光学望远镜组件(OTE)和综合科学仪器模块(ISIM)作为一个组件(OTE + ISIM = OTIS)的最后一次低温试验是在世界上最大的超冷真空试验室——约翰逊航天中心的A室中进行的。A室的温度逐渐下降，直到达到约20开尔文(- 424°F/ - 253°C)。OTIS (JWST的低温部分)的最终测试对验证JWST的端到端性能至关重要。
该望远镜由一套6个定制减K隔振器支撑，使用减K的新(专利正在申请中)热补偿装置。
“这是一种不需要空气或电力的被动机械设备，就像我们的隔离器一样，”负K技术的总裁、专利负刚度技术的主要发明者David Platus博士说。在整个JSC测试过程中，补偿器会随着温度的变化调整隔离器，使JWST保持在适当的位置。”
在为韦伯望远镜的低温测试做准备时，约翰逊的工程师将它从中心A室的天花板上悬吊下来。这个装置由6根支撑杆组成，连接到负K科技公司的负刚度隔振器，目的是在门关闭测试开始时将望远镜与A室可能产生的振动隔离开来，以及与室外可能发生的干扰隔离开来。该望远镜需要一种安排，使它和它的测试设备在腔室内保持精确的相对对齐，同时与任何振动源隔离，如氮和氦在防护罩管道内的流动和真空泵的脉冲。整套测试设备包括一台干涉仪、自动准直平面镜和一套摄影测量“精密测量”相机系统，该系统已经用于替代“探路者”望远镜的测试。
位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的集成和测试工程师加里·马修斯(Gary Matthews)说:“该系统是为在太空中工作而设计的，在那里干扰受到高度控制，而且只来自航天器。”马修斯正在约翰逊对韦伯望远镜进行测试。“在地球上，我们必须处理所有来自地面的干扰，比如水泵和马达，甚至是过往的交通。”
因此，工程师可以在韦伯进行测试时密切关注它，其他测试支持设备包括质谱仪、红外摄像机和电视摄像机也由隔振器支持。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是美国宇航局哈勃太空望远镜的科学继任者。与哈勃的单片主镜不同，JWST的主镜由18个独立的、可调节的部分组成，这些部分将在太空中对齐。JWST计划于2021年12月在位于法属圭亚那库鲁附近的欧洲宇航港的阿丽亚娜空间公司的ELA-3发射中心搭载阿丽亚娜5运载火箭发射。韦伯是由美国宇航局及其合作伙伴欧洲航天局和加拿大航天局领导的一个国际项目。
真空试验应用程序
负刚度隔振器也在NASA的其他应用中使用。例如,光谱定标开发单元(SCDU)是一个真空试验台，用于演示不同颜色和偏振源之间的波长定标精度和稳定性。SCDU用于美国宇航局SIM(空间干涉仪任务)-Lite任务中严格的天体测量性能要求，该任务来自窄角度观测场景。SIM-Lite是一个星载恒星干涉仪，能够在附近恒星的宜居带中搜索类地系外行星。
(Ball Aerospace/NASA/JPL提供)
SCDU的设计是为了显示SIM-Lite遇到的颜色效应可以校准到亚微弧秒级。SCDU大多由一个白光干涉仪与计量系统和实时控制系统的科学干涉仪代表组成。它测量了恒星对之间的外部延迟差异。两星间光谱能量密度的差异与仪器的光学色散和仪器的波前误差耦合，产生波长相关的延迟误差。
SCDU成功地证明了光谱仪器误差校准精度优于20皮米，与1微弧秒窄角天体测量一致。SCDU测量并校准了450 - 950 nm范围内的模拟光谱源。光源的目的是模拟F、G和K星之间的光谱能量差异。实验台采用宽带白光模拟星光。白光光源安装需要非常稳定的指向精度。这是通过在SCDU试验台下使用负K的负刚度隔振器完成的。隔离系统由三个定制的1350磅容量真空兼容隔离器组成，提供水平和垂直的固有频率0.5 Hz。
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