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          庆祝改革开放40周年系列报道(吉林篇)之二十五:中科院长春光机所研制成功世界大口径碳化硅单体反射镜

          2020-02-25 16:50:38

          国际在线吉林报道(陈施):2018年8月21日,由中科院长春光机所承担的国家重大科研装备研制项目“4米量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统”在长春通过项目验收,标志着中国大口径碳化硅非球面光学反射镜制造领域的技术水平已经跻身国际先进行列。  


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          4米口径高精度碳化硅非球面反射镜【中科院长春光机所供图  


          大口径高精度非球面光学反射镜技术是高性能光学系统的核心关键技术,也是促进高分辨率空间对地观测、深空探测和天文观测等领域发展的支撑技术。大口径高精度非球面光学反射镜是高分辨率空间对地观测、深空探测和天文观测系统的核心元件,其制造技术水平对一个国家的国防安全、国民经济建设、基础科研能力具有重要意义,也是衡量一个国家高性能光学系统的研制水平的重要标志。此前,中科院长春光机所完成了4.03米大口径碳化硅反射镜研制,是世界上大口径碳化硅单体反射镜。这一成果标志中国光学系统制造能力跻身国际先进水平,为中国大口径光电装备跨越升级奠定了坚实基础。  

          项目负责人、中科院长春光机所副所长张学军研究员表示,大口径碳化硅反射镜制造难度主要集中在反射镜镜坯制造、反射镜光学加工等制造工艺环节,国际上大口径碳化硅反射镜镜坯制造和反射镜加工技术一直被美国、法国、德国等少数西方国家掌握。  

          为打破垄断,2009年年底,在中科院和财政部的策划支持下,中科院长春光机所启动“4米量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统”研制项目。张学军说,大口径高精度碳化硅非球面反射镜制造难度极大,其主要关键技术瓶颈在于碳化硅材料制备、非球面加工检测以及高性能改性镀膜三个方面。  

          碳化硅陶瓷材料是高稳定性光学反射镜材料,跟传统光学玻璃材料相比大幅提升大口径成像系统性能。张学军说,从碳化硅粉末,到Z终变成高刚度、高面形精度的4米反射镜,中科院长春光机所科研团队耗时十余年、经历数百次实验探索与工艺验证,Z终达到极高的精度标准,“对镜面形状精度和表面质量极高要求,做到20个纳米精度,相当于把4米的反射镜放大到北京市的面积,进行土地平整,东南角和西北角的高低差要在正负零点几毫米,还要求保持稳定。”

            

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          碳化硅镜坯研究团队中科院长春光机所供图  】  


          然而,长春光机所研究团队依靠“方向正确”和“自主可控”,来走通这条难度极大的道路。“我们选择用Z优材料碳化硅来解决工程问题,国际上大到直径1.5米,一开始认为风险很大,经十几年的时间,我们攻克了技术路线和关键技术,Z终把这条路走通了,而且这里涉及到的关键核心装备,都是我们自己研制的,体现了我们的自主可控。”张学军说。  

          张学军透露,此项目已成功牵引出多项国家重大型号项目,总经费近50亿元,还将持续应用于空间站多功能光学设施、国家重点研发计划——“静止轨道高分辨率轻型成像相机系统技术”等一系列国家重大基础研究和工程项目研制。  


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          长春光机所研究人员在查看碳化硅非球面反射镜的工作状态中科院长春光机所供图  】 


          此前,国家重大科研装备验收专家组给出的验收意见提到,此项目是我国在大口径光学制造领域的重大技术突破,形成了大口径系列反射镜研制能力,1.5米口径和2米口径SiC反射镜已成功应用于国家重大型号任务,4米口径SiC反射镜工程产品即将应用于国家地基大型光电系统,也为大口径光学系统的研制解决了核心技术难题。  

          据了解,2022年,在中国空间站的多功能光学设施上将使用中国自主研制的大口径反射镜。未来,4米量级反射镜也将应用在中国新一代光电观测系统中。  

          编辑:杜伟


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