【僑報(bào)網(wǎng)綜合報(bào)道】中國(guó)國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目“4m量級(jí)高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”21日在長(zhǎng)春通過(guò)驗(yàn)收。
綜合中新社、央廣網(wǎng)報(bào)道，中科院長(zhǎng)春光機(jī)所研制的直徑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(biāo)志著中國(guó)光學(xué)系統(tǒng)先進(jìn)制造能力達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平；同時(shí)為中國(guó)大口徑光電裝備跨越升級(jí)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。其核心制造設(shè)備以及制造工藝具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
直徑4.03米的碳化硅反射鏡像一個(gè)巨大的圓盤，在燈光的照射下閃閃發(fā)光。如果把這只“大眼睛”裝到望遠(yuǎn)鏡里，將極大提升望遠(yuǎn)鏡的分辨率。這種大口徑高精度非球面光學(xué)反射鏡，是高分辨率空間對(duì)地觀測(cè)、深空探測(cè)和天文觀測(cè)系統(tǒng)的核心元件。其制造技術(shù)水平，對(duì)國(guó)家的國(guó)防安全、國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、基礎(chǔ)科研能力具有重要意義，也是衡量一個(gè)國(guó)家高性能光學(xué)系統(tǒng)的研制水平的重要標(biāo)志。
那么這只美麗的大眼睛是怎樣煉成的呢？
大口徑光學(xué)反射鏡的制造難度，主要集中在反射鏡鏡坯制造、反射鏡光學(xué)加工等制造工藝環(huán)節(jié)。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。
制造碳化硅反射鏡第一步，是將碳化硅粉末燒制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(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用，必須達(dá)到并保持極高面形精度。它依賴于反射鏡“強(qiáng)健的筋骨”——碳化硅陶瓷鏡坯。
目前，國(guó)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/碳化硅復(fù)合材料等。相比其他材料，碳化硅具有更大的比剛度和熱穩(wěn)定性。這使得在實(shí)現(xiàn)同樣的光學(xué)口徑和精度要求下，碳化硅反射鏡更輕、熱穩(wěn)定性更優(yōu)。
盡管碳化硅的面密度已經(jīng)足夠小，但對(duì)反射鏡的“瘦身”還遠(yuǎn)未完成。目前世界上大多數(shù)反射鏡由于制備技術(shù)限制，均采用開(kāi)放式的輕量化結(jié)構(gòu)。與它們不同，長(zhǎng)春光機(jī)所采用類似“果凍”制品的成型方式，通過(guò)一次注模，實(shí)現(xiàn)具有背部半封閉輕量化結(jié)構(gòu)的鏡坯成型，既避免了實(shí)現(xiàn)輕量化結(jié)構(gòu)的復(fù)雜機(jī)械加工過(guò)程；又進(jìn)一步降低了反射鏡的質(zhì)量、提高了反射鏡的結(jié)構(gòu)剛度。
成型后的反射鏡鏡坯經(jīng)兩次燒結(jié)后，“大眼睛”的一身“鋼筋鐵骨”就練就好了。再經(jīng)過(guò)光學(xué)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(dá)到95%以上的高精度反射鏡。
歷時(shí)15年探索攻關(guān)，9年立項(xiàng)研制最終成功
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中科院長(zhǎng)春光機(jī)所副所長(zhǎng)張學(xué)軍研究員介紹說(shuō)，碳化硅陶瓷材料則是國(guó)際光學(xué)界公認(rèn)的高穩(wěn)定性光學(xué)反射鏡材料，但歐美國(guó)家在大口徑碳化硅光學(xué)反射鏡制造技術(shù)方面長(zhǎng)期處于壟斷地位，中國(guó)必須自主發(fā)展大口徑碳化硅光學(xué)制造技術(shù)。
長(zhǎng)春光機(jī)所研究團(tuán)隊(duì)耗時(shí)十余年、經(jīng)歷數(shù)百次實(shí)驗(yàn)探索與工藝驗(yàn)證，先后突破了1米、2米口徑的碳化硅反射鏡鏡坯，最終研制出4米口徑碳化硅鏡坯。圍繞著大口徑反射鏡制造的工藝路線，一整套完整的、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的加工、檢測(cè)裝備也同步開(kāi)發(fā)完成，使大口徑反射鏡制造的全部核心技術(shù)真正掌握自己手中。
早在2003年，中科院長(zhǎng)春光機(jī)所就開(kāi)始對(duì)大口徑碳化硅光學(xué)反射鏡制造技術(shù)進(jìn)行探索攻關(guān)，2009年底，面向國(guó)家對(duì)大型光學(xué)儀器的戰(zhàn)略需求，中央財(cái)政投入1.96億元人民幣的國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目“4米量級(jí)高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”，正式在中科院長(zhǎng)春光機(jī)所立項(xiàng)啟動(dòng)。
項(xiàng)目啟動(dòng)后，張學(xué)軍領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)多年持續(xù)技術(shù)攻關(guān)，突破一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，先后完成碳化硅鏡坯制備、非球面加工檢測(cè)、碳化硅表面改性鍍膜的制造設(shè)備研制與制造工藝研究，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“4米量級(jí)高精度碳化硅非球面集成制造平臺(tái)”，并依托集成制造平臺(tái)完成4米量級(jí)高精度碳化硅非球面產(chǎn)品研制。
其中，在碳化硅材料制備技術(shù)方面，項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建大口徑碳化硅鏡坯制造平臺(tái)，并先后研制成功可用于可見(jiàn)光成像的2米、2.4米、3米單體碳化硅鏡坯和4米口徑整體碳化硅鏡坯，而此前國(guó)際上公認(rèn)1.5米是單體碳化硅反射鏡的極限口徑，從而實(shí)現(xiàn)中國(guó)大口徑碳化硅光學(xué)材料制備的自主可控。
在大口徑碳化硅非球面加工檢測(cè)技術(shù)方面，項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)突破大口徑碳化硅非球面高精度高效加工技術(shù)瓶頸，并解決了高精度零位檢測(cè)精度標(biāo)定、調(diào)整誤差分離、投影畸變校正等關(guān)鍵問(wèn)題，完成4米量級(jí)碳化硅非球面高精度加工，加工精度優(yōu)于16納米，全面實(shí)現(xiàn)4米量級(jí)碳化硅高精度加工與檢測(cè)技術(shù)自主可控。
在大口徑碳化硅改性鍍膜技術(shù)方面，項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次研制成功碳化硅反射鏡改性與反射膜鍍制一體化設(shè)備，提升膜層質(zhì)量與可靠性，實(shí)現(xiàn)4米口徑碳化硅反射鏡表面高反射率薄膜鍍制，可見(jiàn)至長(zhǎng)波紅外全譜段反射率優(yōu)于95%。
專家指出，中國(guó)通過(guò)研制成功“4米量級(jí)高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”，形成具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4米量級(jí)大口徑反射鏡研制能力，并陸續(xù)應(yīng)用于中國(guó)各類大型光電設(shè)備，將推動(dòng)中國(guó)在大口徑光學(xué)反射鏡制造技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，大幅提升中國(guó)高性能大型光學(xué)儀器研制水平。
張學(xué)軍表示，目前，“4米量級(jí)高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”項(xiàng)目成果已獲得一系列重要應(yīng)用：2米量級(jí)碳化硅非球面反射鏡已應(yīng)用于國(guó)家大型光電系統(tǒng)項(xiàng)目；4米量級(jí)碳化硅非球面反射鏡即將應(yīng)用于國(guó)家重大工程項(xiàng)目。同時(shí)，項(xiàng)目成果將持續(xù)應(yīng)用于中國(guó)空間站多功能光學(xué)設(shè)施、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“靜止軌道高分辨率輕型成像相機(jī)系統(tǒng)技術(shù)”等一系列國(guó)家重大基礎(chǔ)研究和工程項(xiàng)目研制。
他透露，“4米量級(jí)高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”項(xiàng)目研究成果還成功應(yīng)用于多項(xiàng)國(guó)家重大型號(hào)項(xiàng)目及背景預(yù)研項(xiàng)目中，并成功牽引出總經(jīng)費(fèi)近50億元的多項(xiàng)國(guó)家重大型號(hào)項(xiàng)目。（完）
