中科院成功研製4.03米世界最大口徑單體碳化硅反射鏡

　　2018年08月21日 19:21 央廣網


　　

　　4.03米世界最大口徑碳化硅反射鏡

　　央廣網長春8月21日消息（記者劉源源 苑競瑋）國家重大科研裝備研製項目「4m量級高精度碳化硅非球面反射鏡集成製造系統」，今天在長春通過驗收。中科院長春光機所研製的直徑4.03米口徑高精度碳化硅非球面反射鏡，是目前世界上口徑最大的單體碳化硅反射鏡。它標誌著我國光學系統先進位造能力達到了國際先進水平；同時為我國大口徑光電裝備跨越升級奠定了堅實基礎。其核心製造設備以及製造工藝具有完全自主知識產權。

　　直徑4.03米的碳化硅反射鏡像一個巨大的圓盤，在燈光的照射下閃閃發光。如果把這隻「大眼睛」裝到望遠鏡里，將極大提升望遠鏡的解析度。這種大口徑高精度非球面光學反射鏡，是高解析度空間對地觀測、深空探測和天文觀測系統的核心元件。其製造技術水平，對國家的國防安全、國民經濟建設、基礎科研能力具有重要意義，也是衡量一個國家高性能光學系統的研製水平的重要標誌。

　　那麼這隻美麗的大眼睛是怎樣煉成的呢？

　　大口徑光學反射鏡的製造難度，主要集中在反射鏡鏡坯製造、反射鏡光學加工等製造工藝環節。從碳化硅粉末，到最終變成高剛度、高面形精度的4米反射鏡，我們看一下科研人員是如何化腐朽為神奇的吧。

　　製造碳化硅反射鏡第一步，是將碳化硅粉末燒製成整體的反射鏡鏡坯。4米碳化硅反射鏡絕不僅僅是看著美麗，要想實現工程化應用，必須達到並保持極高面形精度。它依賴於反射鏡「強健的筋骨」——碳化硅陶瓷鏡坯。

　　目前，國際上常用的反射鏡基體材料有石英玻璃、微晶玻璃、碳化硅、金屬鈹，以及碳纖維/碳化硅複合材料等。相比其他材料，碳化硅具有更大的比剛度和熱穩定性。這使得在實現同樣的光學口徑和精度要求下，碳化硅反射鏡更輕、熱穩定性更優。

　　儘管碳化硅的面密度已經足夠小，但對反射鏡的「瘦身」還遠未完成。目前世界上大多數反射鏡由於製備技術限制，均採用開放式的輕量化結構。與它們不同，長春光機所採用類似「果凍」製品的成型方式，通過一次注模，實現具有背部半封閉輕量化結構的鏡坯成型，既避免了實現輕量化結構的複雜機械加工過程；又進一步降低了反射鏡的質量、提高了反射鏡的結構剛度。

　　成型后的反射鏡鏡坯經兩次燒結后，「大眼睛」的一身「鋼筋鐵骨」就練就好了。再經過光學加工、改性和鍍膜等工藝，粗糙的陶瓷坯搖身一變，成為了一塊反射率達到95%以上的高精度反射鏡。

　　當今世界，大口徑反射鏡鏡坯製造和反射鏡加工技術一直被美國、法國、德國等少數西方國家掌握。長春光機所研究團隊耗時十餘年、經曆數百次實驗探索與工藝驗證，先後突破了1米、2米口徑的碳化硅反射鏡鏡坯，最終研製出4米口徑碳化硅鏡坯。圍繞著大口徑反射鏡製造的工藝路線，一整套完整的、具有完全自主知識產權的加工、檢測裝備也同步開發完成，使大口徑反射鏡製造的全部核心技術真正掌握自己手中。

　　未來，這隻「美麗的大眼睛」將越來越多的應用於國產各型大口徑光電裝備上。這些裝備將遍及祖國陸地、海洋、天空，讓中國的目光更加深邃、視野更加寬廣。