我成功研制世界最大口徑單體碳化硅反射鏡

齊芳

日前從中國科學(xué)院獲悉，由中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所承擔(dān)的國家重大科研裝備研制項目“4米量級高精度SiC非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”通過項目驗收。這是公開報道的世界上最大口徑碳化硅單體反射鏡，標(biāo)志我國光學(xué)系統(tǒng)制造能力躋身國際先進(jìn)水平，為我國大口徑光電裝備跨越升級奠定了堅實基礎(chǔ)。

大口徑高精度非球面光學(xué)反射鏡是高分辨率空間對地觀測、深空探測和天文觀測系統(tǒng)的核心元件，其制造技術(shù)水平對一個國家的國防安全、國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、基礎(chǔ)科研能力具有重要意義，也是衡量一個國家高性能光學(xué)系統(tǒng)研制水平的重要標(biāo)志。而碳化硅陶瓷材料是國際光學(xué)界公認(rèn)的高穩(wěn)定性光學(xué)反射鏡材料，采用碳化硅材料可大幅提高大口徑成像系統(tǒng)的性能。

但是，做科學(xué)上能用的“大鏡子”是件很難的事，當(dāng)口徑超過一定量級時，會給光學(xué)材料和光學(xué)加工帶來巨大的挑戰(zhàn)。4米，是一個坎——以可見光波段觀測為例，面型精度也就是鏡面的平整程度要求優(yōu)于20納米，相對于4米的反射鏡來說，這大概相當(dāng)于把北京市面積大小的土地平整到高度差別小于1毫米。長期以來，大口徑反射鏡鏡坯制造和反射鏡加工技術(shù)一直被美國、法國、德國等少數(shù)西方國家掌握，我國始終不具備自主制造4米量級大口徑反射鏡能力。

在項目負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究員張學(xué)軍的帶領(lǐng)下，項目研發(fā)團(tuán)隊歷經(jīng)九年技術(shù)攻關(guān)，完成了碳化硅鏡坯制備、非球面加工檢測、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產(chǎn)權(quán)的4米量級高精度碳化硅非球面集成制造平臺，完成了4米量級高精度碳化硅非球面產(chǎn)品的研制。

張學(xué)軍介紹，大口徑高精度碳化硅非球面反射鏡制造主要關(guān)鍵技術(shù)瓶頸在于碳化硅材料制備、非球面加工檢測和高性能改性鍍膜三個方面。在碳化硅材料制備技術(shù)方面，研發(fā)團(tuán)隊掌握了多項鏡坯制備關(guān)鍵技術(shù)，建立了大口徑碳化硅鏡坯制造平臺，并先后研制成功2米、3米單體碳化硅鏡坯，4米口徑整體碳化硅鏡坯，實現(xiàn)了我國大口徑碳化硅光學(xué)材料自主可控。在大口徑碳化硅非球面加工檢測技術(shù)方面，研發(fā)團(tuán)隊在國內(nèi)首次研制成功適用的非球面數(shù)控加工中心，創(chuàng)造性地提出一體化加工設(shè)備方案，完成了4米量級碳化硅非球面高精度加工，加工精度優(yōu)于16納米，全面實現(xiàn)4米量級碳化硅高精度加工與檢測技術(shù)自主可控。在大口徑碳化硅改性鍍膜技術(shù)方面，研發(fā)團(tuán)隊在國際上首次研制成功SiC反射鏡改性與反射膜鍍制一體化設(shè)備，首次應(yīng)用磁控濺射技術(shù)完成4米量級碳化硅表面改性，滿足高質(zhì)量光學(xué)表面的拋光需求，實現(xiàn)4米碳化硅反射鏡表面高反射率薄膜鍍制，可見至長波紅外全譜段反射率優(yōu)于95%。

據(jù)介紹，基于本項目研制完成的1.5米和2米量級碳化硅非球面反射鏡已成功應(yīng)用于國家重大型號任務(wù)中。未來，4米量級碳化硅非球面反射鏡也將應(yīng)用于國家地基大型光電系統(tǒng)，為大口徑光學(xué)系統(tǒng)的研制解決核心技術(shù)難題。