誕生于中國的“大眼睛”

林寬雨

提起望遠(yuǎn)鏡，相信每位同學(xué)的腦海里都能蹦出幾個名字。比如，早就名聲在外的哈勃望遠(yuǎn)鏡，“霸占”新聞頭條好多年、即將“下崗”的開普勒望遠(yuǎn)鏡，“年紀(jì)輕輕”便盼有更大作為的苔絲望遠(yuǎn)鏡，等等。這些望遠(yuǎn)鏡能夠這么出名，與其內(nèi)部一直“默默無聞”“辛勤”工作的各個元件是分不開的。今天，咱們要介紹的就是望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部的一個重要元件——反射鏡。

靠自身實力出名的“大眼睛”

今天的故事主角誕生于中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所（簡稱“長春光機(jī)所”）。今年8月份以來，這個反射鏡可是在不少媒體上露了面。不過，這個反射鏡出名并不是沾了哪個望遠(yuǎn)鏡的光，它完全是靠著自身實力登上了頭條。這個反射鏡是到目前為止世界上口徑最大的單體碳化硅反射鏡，它的成功研制不僅標(biāo)志我國光學(xué)系統(tǒng)先進(jìn)制造能力又有了很大提升，同時也為我國大口徑光學(xué)電裝備跨越升級奠定了堅實的基礎(chǔ)。

“大眼睛”的“鋼筋鐵骨”

要想取得一番成就，有一個好身體是很重要的。制造反射鏡的科研人員也深知這個道理，于是在石英玻璃、微晶玻璃、碳化硅、金屬鈹?shù)缺姸嗖牧现羞x取了碳化硅打造反射鏡的“鋼筋鐵骨”。和其他材料相比，碳化硅主要有以下四點(diǎn)優(yōu)勢：

1 比剛度大

比剛度是材料自身特性中的彈性模量和密度的比值。比剛度更大的碳化硅的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：跟一群剛度相同的材料站一塊，碳化硅的體重會更輕;跟一群體重相同的材料站一塊，碳化硅的剛度會更強(qiáng)。憑借這個優(yōu)勢，在用碳化硅材料做反射鏡時，科研人員可以把反射鏡的厚度做得更薄，并把它做成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)減重的目的。（對于那些要上天的元件來說，在性能相同的情況下，體重越輕，越受歡迎喲。）

2 熱傳導(dǎo)性好

所謂熱傳導(dǎo)性好，就是當(dāng)外界環(huán)境溫度發(fā)生變化，使一波熱量涌入碳化硅體內(nèi)時，碳化硅很容易讓自己的身體達(dá)到溫度平衡。這個本領(lǐng)增強(qiáng)了碳化硅適應(yīng)環(huán)境的能力，對增加自身壽命有幫助。

3 熱變形系數(shù)小

除了可以輕松地讓體內(nèi)溫度平衡，碳化硅對這些“造訪”的熱量還有很好的應(yīng)對能力，不會讓這些熱量改變自己的形狀。

4 材料無毒、費(fèi)用低

碳化硅還有一個“好品質(zhì)”——不會仗著自身優(yōu)勢多而提高“身價”，低材料費(fèi)和工藝費(fèi)也是它受歡迎的原因之一。除此之外，碳化硅材料本身無毒，這也增加了人們對它的喜愛。

“大眼睛”的誕生記

說完了身體的優(yōu)勢，咱們就一起看看最初的碳化硅材料是如何一步步“成長”為“大眼睛”的吧。這個轉(zhuǎn)變過程大致可以分為三步：

第一步：讓體重達(dá)標(biāo)

雖然憑借比剛度的優(yōu)勢，在剛度相同的情況下，碳化硅已經(jīng)很輕了，但對于反射鏡來說，這個體重還是超標(biāo)的。要想最終變成反射鏡，首先要做的就是“減肥”。為了給碳化硅“瘦身”，中科院長春光機(jī)所的科研人員采用了一種類似做果凍制品的方式，利用模具讓碳化硅粉末聚集在一起，形成一個整體，變成體重更輕、抵抗力更強(qiáng)的碳化硅陶瓷鏡坯。

第二步：丑小鴨變白天鵝

“瘦身”完成的碳化硅陶瓷鏡坯全身黑乎乎的，完全看不出反射鏡的樣子。不過，在經(jīng)歷銑磨、研磨、拋光等復(fù)雜的工藝，并被安裝上高精度的結(jié)構(gòu)件后，一個黑乎乎的鏡坯就在科研人員的手中變成了美麗的反射鏡啦。

第三步：進(jìn)行“體檢”

在“大眼睛”正式“上崗”前，還要做個“體檢”，以確保身體處于“健康”狀態(tài)。不過，像這么大的光學(xué)元件在“體檢”時，因為口徑大、檢測光路長，“體檢”過程會受到重力和檢測環(huán)境的影響。為了讓“大眼睛”順利完成“體檢”，長春光機(jī)所的科研人員專門建立了一個28米高的多功能檢測塔。

看似只通過了三步，“大眼睛”就準(zhǔn)備“走馬上任”了，但實際上研制出這樣一個大塊頭可不是一件容易的事，不僅得想辦法讓其體重達(dá)標(biāo)，在增大口徑的同時還得保證精度，不能讓最終誕生的反射鏡工作能力降低。更難的是，大口徑反射鏡相關(guān)技術(shù)一直被美國、法國、德國等少數(shù)國家掌握，我國始終不具備自主研制4米量級大口徑反射鏡的能力。雖然很難，但來自中科院長春光機(jī)所的科研人員仍舊在不斷攻關(guān)后讓完全流著“中國血液”的反射鏡出現(xiàn)在了大家面前。在這里，得給這些科研人員點(diǎn)個大大的贊。相信在不久的將來，通過這只“大眼睛”，我們一定能夠發(fā)現(xiàn)更多精彩。

知識鏈接

為什么要研制大口徑反射鏡？

根據(jù)人們得出的公式，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的分辨率跟口徑是直接相關(guān)的，在其他條件不變的情況下，塊頭越大的望遠(yuǎn)鏡，工作能力就越強(qiáng)。正因如此，很多望遠(yuǎn)鏡都是以“大塊頭”著稱。比如，著名的哈勃望遠(yuǎn)鏡口徑就達(dá)到了2.4米。望遠(yuǎn)鏡都在向“大塊頭”靠近，反射鏡身為其內(nèi)部的元件自然要努力“增肥”啦。