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阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ ALMA）是目前最大的陆基天文观测设备，共有66个大型射电天线，这些天线需要在高海拔地区被频繁移动位置，Scheuerle为ALMA量身定做了两辆天线运输车，集诸多先进技术于一身，完美应对高原上严苛的运输安装任务。
太空探索和陆地运输，一个天上，一个地下，看似风马牛不相及的两个领域，却因为奇妙的缘分交织在一起，一切始于一个宏大的太空观测计划——ALMA项目。
ALMA项目
ALMA全称为阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（AtacamaLargeMillimeter/submillimeter Array），是一个由欧洲、北美和东亚等地区共同参与的国际性天文合作项目，建设地选址在位于智利北部海拔5000m的阿塔卡马沙漠。该沙漠地带极其干燥，被誉为世界的“旱极”，加上高海拔和远离人类光污染的影响，使其成为完美的星空观测点。ALMA项目的设计工作始于1999年6月，2003年11月正式在智利破土动工，直至2013年3月13日，历经10多年的研制和建设，ALMA项目才完全建成，开始全功能运作，
ALMA是迄今为止最大的陆基天文观测设备。它不像一般人想象的那样是个巨大的单体望远镜，而是由66个高精度的抛物面碟形射电天线构成（如图1），其中54个天线直径为12 m，较小的12个直径为7m。不同于光学望远镜只能接收波长为380～750nm的光波，ALMA的射电天线的高灵敏接收装置可以捕捉到波长范围为300um～10mm的电磁辐射，弥补了传统光学望远镜的不足，为人类对宇宙的观测打开了一扇新的天窗。
对于单体望远镜而言，观测分辨率取决于其透镜或反射盘的直径大小，直径越大，分辨率越高；而接收的电磁辐射的波长越长，达到同样分辨率所需的直径也越大，那么对于观测长波的单体望远镜而言要达到足够的分辨率，直径可能需要几公里甚至几十公里，建设的难度和成本过高，几乎不可行。ALMA采用了天线阵列的形式，利用干涉原理协同工作，所有天线接收的信号通过超级计算机的处理，生成模拟单体望远镜的数据，整个阵列相当于一个望远镜，其观测分辨率不在于单个射电天线的大小，而取决于天线阵列的直径范围。ALMA的天线阵列可被配置分布在150～16000m的直径范围内（如图2），紧凑模式适合观测大尺度的空间图像，扩大模式适合获取高分辨率的图像：这类似于光学变焦的效果，只不过ALMA的“变焦”过程是移动射电天线位置重新配置阵列，过程远要复杂得多。
建成后的ALMA已成为世界上最强劲的望远镜，“视力”远超哈勃太空望远镜，它将为我们绘制一幅远比现在更加完整的宇宙画卷。
ALMA天线运输车
让我们把思绪从遥远的星际穿越回地面。既然ALMA可以根据需求重新配置天线布局，那么天线的运输就是事务性的，而非一次性任务，传统的运输安装方式显然不适合（比如拖车运输加上起重机吊装），必须为天线运输量身打造专用的运输车。事实上，早在天线的设计阶段，运输车的设计也在同步进行。
ALMA的设计人员对运输车要满足的基本特性做了周密细致的分析，比如：根据环境和道路状况来确定运输车的尺寸和质量范围及爬坡能力；实际运作时，一天需要移动4台天线到配置位置或在一次6小时的轮班中需要把一台天线从海拔3 000 m的大本营运到海拔5 000 m处的观测点，这便定义了运输能力，最后确定需要2辆运输车：天线的整备质量最大的有115 t，这对运输车提出了载荷能力的要求；运输车如何和天线对接，需要定义连接接口，且要兼容不同规格的天线：需要不借助外部辅助设备便可快速精准可靠的装卸天线。
很多方面都需要多方人员共同协商讨论来确定方案。
1.早期概念设计
早期的运输车设计还只是ALMA项目内部的概念性的研究，参考了不少业界已有的50～100 t级别的重型运输解决方案。第一个设想参考了矿用自卸车，车身主体采用矿用自卸车的底盘，可提供足够的载荷能力，尾部有一个液压控制升降的天线装卸装置（如图3）；第二个设想来源于轮式起重机，下车部分就是轮式起重机的翻版，上车的伸缩臂前端换成了一个天线装卸装置（如图4）；随着研究的深入，又提出了第三个设想——参考了冶金工业所用的倾卸车，由主牵引车和负责装卸的拖车组成，载荷的质心高度较之前的两个方案更低，具有更高的经济性（如图5）；而第四个设想更进一步，全部采用液压驱动轮（如图6），去掉了主牵引车，这大大减少了整车的整备质量，增强了对复杂路况的适应性。
所有的概念设计经过筛选和反复论证生成了一系列规范，在ALMA项目内部达到了共识才开始招标。
2.Scheuerle的运输车方案
ALMA项目组找到了德国Scheuerle公司，希望它把纸上的概念变成真正的天线运输车，而这家世界顶尖的特种车制造商在重型运输车领域有着丰富的设计经验，其产品久经实战考验。
尽管ALMA的设计人员已经有了初步的设想，但要造就一辆真正可用的天线运输车还是会遇到不少挑战，需要考虑各种因素。
在产品化阶段，有一个艰巨的挑战需要面对，运输车需要在海拔5000 m的高原工作，而提供相关零部件的企业通常定义的额定使用条件低于海拔3000 m，因此选购零部件时还需加上特别的环境约束。另外，高海拔的缺氧环境也会影响人类的生理和心理状况，操作人员难免会出现失误，而处理和运输沉重的负载在高海拔地区尤其危险，所以额外的安全管理控制系统就显得非常必要，以杜绝来自操作人员的误操作。
第一辆ALMA天线运输车最终于2007年7月在Scheuerle工厂内完工，取名为“Otto”，接着第二辆命名为“Lore”的运输车也很快顺利下线。2008年2月14日，它们被运抵智利位于安第斯山脉海拔2 900m处的ALMA操作支持设施基地（OSF）（如图7），经过几个月成功测试后，便开始了正式的服役。
揭秘Scheuerle天线运输车
1.外观特点 在最终的设计中，车身采用了开放式的U型结构（如图8），装载时天线置于车身中心位置，被U型框架包围，这种设计在同等载荷能力前提下，可相对减小运输车的自重，且可有效地把天线负荷均分到各轮轴上。整车长宽高为20m×10m×6 m，空载质量为132.5t，最大载荷能力115t，算得上是个大家伙，小巧的Smart可在其底部轻松穿行（如图9）。
2.装载系统
射电天线的两侧装有与运输车装载系统对接的接口（如图10），不同规格的天线均使用一致的接口，以保证运输车的兼容性。
车体的上部安装有天线装载系统，由分别位于U型框架两臂上的两个斜坡装置组成（如图8和图11），斜坡装置的最高点位于车身的中部，最低点位于车尾U型框架开口处，斜坡上安置有轨道，天线的支撑托架采用液压方式在斜坡轨道上滑移，一旦天线装载完成就移动到斜坡最高处，当卸载天线落到地面时便移动到最低处。早期的几个概念设计（如图3～6）在装卸过程中都会出现天线的质心由低到高再由高到低的变化，且天线质心的水平位置会移动到车身主体外（刚开始装载或卸载结束时），这导致当天线整备质量和运输车相近时，整体质心的水平和垂直方向的变化尤其剧烈。相较而言，最终设计采用的斜坡方式在装卸过程中天线和运输车的整体质心变化较为平稳，可保证整体具有更好的稳定性和安全性。
装载系统两侧的支撑托架上各有一个X-Y平台，上面固定了与天线对接的接口。对接时，天线需要打开对接接口外的护罩（对比图10和图12），结实的插销和自动锁固装置可保证两者紧密结合，不会在运输过程中出现安全隐患（如图12）。X-Y平台采用液压方式移动，可在两个方向上提供大于150 mm的位移，这使得在把天线卸载安装到地面的基座上时可以精确定位。
装卸过程中车尾的负荷最大，所以在U型框架两侧末端各有一个液压支撑腿（如图13），装卸时放下支撑腿支撑地面，以避免后部轮胎承受过大压力。得益于简洁精准的装载系统，整个装载或卸载过程耗时均不超过20 min。
3.动力系统
车头上部两个方形的装置是两台完全相同的引擎单元（如图14），负责给运输车提供动力，每台引擎在常态下的功率为500kW，即使到达海拔5 000 m，仍可提供320 kW的输出功率。两台引擎单元互为冗余备份，正常情况下两个引擎一起工作，当其中一个出现故障时，仍可只使用一个引擎行驶在较低速度下，这大大提高了整车的容错能力。引擎单元里包括了柴油发动机、液压泵、燃油箱、液压油箱、刹车油箱、冷却器、空气滤清器、电气柜等，几乎所有关键的部件都整合在内，数小时内便可整体更换引擎单元，为维修带来了极大便利。不管是外观还是功能，引擎单元和SPMT的动力单元PPU都非常类似。
另外，车头上部靠后处有一台发电机单元（如图15），专门为运输过程中的天线提供电力，天线需要在运输过程中仍保持冷却器的正常运作。
4.驾驶系统
在车头的框架下方是可容纳两名乘员的驾驶室（如图16），选择这一位置是出于安全考虑，驾驶员的视野范围可覆盖路面边缘和所有轮轴。考虑到高原含氧量的降低，驾驶员座椅靠背的设计允许乘员装备氧气罐。在驾驶室内可以控制整辆运输车以及监控安装在各处的摄像头和传感器，在装卸载过程或其他关键情况时，也可通过无线控制面板操作运输车（如图17）。除了类似于紧急制动系统的安全功能之外，其他的所有功能都由计算机控制。
5.行驶系统
天线运输车在车身两侧各配备了7个摆式轮轴（如图8和图18），每个轮轴由两个可沿中轴做小幅摆动的轮子（直径1.35m）组成，通过摆动来适应地面的起伏，以便均衡两轮的受力。
出于安全性和可维护性考虑，所有轮轴的配置完全一样。每个摆式轮轴均带有独立的液压悬挂，垂直行程变化范围可达600mm，相邻若干个轮轴的液压油缸串联成闭合回路，当通过坡道或高低不平的路面时，利用回路油缸压力平衡自动调节每个轮轴的液压油缸高度来适应地面，这样可有效调节各轮轴的载荷平衡。也可人为控制液压高度收起某些轮轴不接触地面（比如在轮轴出故障时）。所有轮轴都配备了液压马达，通过油管和引擎单元的液压泵相连，从而驱动运输车行进；在空载时，时速可达20km/h（为保证安全，软件刻意限制），装载天线后，最大时速为12 km/h；每个轮轴也带有液压式制动器，可供紧急制动或停车时制动。
运输车最大爬坡能力为15%，同时能根据路面坡度情况予以限速保护。
每个轮轴可独立转向，最大转向角度为±700，系统预设了四套转向方案可供选择，以满足各种不同的场景。
纵观整个行驶系统，我们再次看到了SPMT的影子。
6.定位防撞系统
运输车在卸载安装天线时需要精确定位，地面上的天线安装基座安装有旋转激光装置，而车身上的定位激光传感器可以引导操作人员以毫米级的精度来精确定位天线卸载位置。
当运输车穿行在天线阵列中并在其间装卸天线时（如图2），避免与其他天线发生碰撞是非常必要的，因此运输车的四角各装有一个激光扫描仪（如图19），车身上也装有不少超声波传感器，一旦激光扫描仪探测到运输车距离附近的天线太近时，便会发出警告并及时对运输车制动，以避免碰撞发生。
7.阻尼系统
在最后设计阶段，深入研究后发现当运输车经过搓衣板状的路面时，产生的震动加速度可能会超过设计容忍值，而为运输天线建造的道路并非摊铺过的路面，使用一段时间后出现波纹状起伏的几率很大，这将会导致无法预料的灾难性后果。因此，设计人员设计了附加的阻尼系统来避免这种情况的发生。
阻尼系统包含了加装在液压悬挂系统中的一些无源组件，以及一个自动停车系统。
对于没有阻尼系统的运输车，提供阻尼作用的主要是轮胎，液压悬挂的油缸因为刚性过大几乎可以忽略不计。附加阻尼系统的原理是通过改变液压油缸的油量来限制路面传递给所运输的天线的作用力，在每个摆式轮轴上加装了一个节流阀（如图20）和液压蓄能器（如图21），节流阀通过油管串接在液压油缸和蓄能器之间，蓄能器中预充的氮气决定了作用力的阈值。当油缸中压力超过阈值，液压油就会通过节流阀释放到蓄能器中，从而减小冲击力，当压力减小后，液压油又会重新回流到油缸中。节流阀前端也提供了一个手动阀门，可以用来关闭附加阻尼系统（如图20）。
自动停车系统主要包括三种类型的设备，快速和慢速多轴加速计、压力传感器和评估决策电子器件（如图22）。Althen的加速计被安装在两侧天线装载系统靠近天线支架的位置，用于测量纵向和横向的加速度并把结果实时传递给评估决策电子器件；2个Shocklog的加速数据记录仪被安装在运输车两侧的Althen加速计附近，仅用于记录运输过程中的加速度信息。压力传感器被安置在液压悬挂系统处，用于测量悬挂的压力，并把数据传给评估决策电子器件。评估决策电子器件位于运输车上部中间的电气箱内，它可以根据收集到的各传感器的数据决定是否自动触发紧急停车的行为。自动停车系统只在装载有天线时才起作用。
整个阻尼系统有效地避免了可能产生的加速度对天线的损坏，且不会影响原有的行驶系统特性。
运输天线全过程解析
现在让我们对运输安装天线全过程作一次回放，以便更直观地认识天线运输车的特点。 这是第一次用运输车把天线运往海拔5000m的查南托高原。在海拔3000m的大本营内，空载的运输车把U型开口对准安装在基座上的天线并慢慢贴近（如图23），通过装载系统把天线抬离地面，“环抱”在U型框架内（如图24），装载完毕后便出发前往目的地。这段高原之旅约为17 km，平均坡度为7%，一路穿行在荒芜的沙漠中（如图25），终于抵达海拔5000m高处的目的地；圆形的混凝土浇筑的天线安装基座上预留了对接接口（如图26），运输车在传感器的帮助下慢慢移动到基座上方的合适位置，并放下支撑腿（如图27）：然后天线沿着装载系统的斜坡逐渐下降高度靠近基座上的对接点（如图28），利用装载系统的X-Y平台进行位置微调，天线顺利安装到位；卸载后的运输车收起支撑腿驶离天线（如图29）。整个卸载过程占用场地仅为运输车大小，只需几名工作人员参与，耗时不足20min。
结语
当你在观看这篇文章时，或许Lore和Otto正驮着巨大的天线行走在高原上，为ALMA项目奔波劳碌。虽然它们只能算是ALMA项目的辅助系统，但也是不可或缺的。它们之所以被设计成如今的形态，有其偶然性和必然性，在略显怪异的外观下面，实则包含了众多Scheuerle历年积累的成熟技术和经验，毕竟创新不可能一蹴而就。