歷時15年探索攻關(guān)、9年立項(xiàng)研制，中國科學(xué)家打破國外技術(shù)封鎖和產(chǎn)品壟斷，研制成功世界上迄今公開報道的最大口徑單體碳化硅(SiC)反射鏡——直徑4.03米口徑高精度碳化硅非球面反射鏡，并且核心制造設(shè)備以及制造工藝都具有自主知識產(chǎn)權(quán)，成果可廣泛應(yīng)用于天文望遠(yuǎn)鏡、航天器光學(xué)載荷研制等領(lǐng)域，標(biāo)志著中國大口徑碳化硅非球面光學(xué)反射鏡制造領(lǐng)域的技術(shù)水平已躋身國際先進(jìn)行列。

中國研制成功世界最大口徑單體碳化硅反射鏡項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中科院長春光機(jī)所副所長張學(xué)軍研究員向媒體介紹項(xiàng)目科研攻關(guān)情況。孫自法 | 攝

由中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所(中科院長春光機(jī)所)承擔(dān)的國家重大科研裝備研制項(xiàng)目“4米量級高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”21日在吉林長春通過項(xiàng)目驗(yàn)收，該所完成的4.03米口徑高精度碳化硅非球面反射鏡就是項(xiàng)目核心成果之一。驗(yàn)收專家認(rèn)為，4米口徑碳化硅反射鏡工程產(chǎn)品即將應(yīng)用于國家地基大型光電系統(tǒng)，也為空間大口徑光學(xué)系統(tǒng)的研制解決了核心技術(shù)難題。

中科院長春光機(jī)所研制成功的直徑4.03米口徑高精度碳化硅非球面反射鏡。孫自法 攝

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中科院長春光機(jī)所副所長張學(xué)軍研究員介紹說，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。碳化硅陶瓷材料則是國際光學(xué)界公認(rèn)的高穩(wěn)定性光學(xué)反射鏡材料，但歐美國家在大口徑碳化硅光學(xué)反射鏡制造技術(shù)方面長期處于壟斷地位，中國必須自主發(fā)展大口徑碳化硅光學(xué)制造技術(shù)。

早在2003年，中科院長春光機(jī)所就開始對大口徑碳化硅光學(xué)反射鏡制造技術(shù)進(jìn)行探索攻關(guān)，2009年底，面向國家對大型光學(xué)儀器的戰(zhàn)略需求，中央財政投入1.96億元人民幣的國家重大科研裝備研制項(xiàng)目“4米量級高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”，正式在中科院長春光機(jī)所立項(xiàng)啟動。

項(xiàng)目啟動后，張學(xué)軍領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過多年持續(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、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”，并依托集成制造平臺完成4米量級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)建立大口徑碳化硅鏡坯制造平臺，并先后研制成功可用于可見光成像的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)中國大口徑碳化硅光學(xué)材料制備的自主可控。

中科院長春光機(jī)所研制成功的直徑4.03米口徑高精度碳化硅非球面反射鏡。孫自法 攝

在大口徑碳化硅非球面加工檢測技術(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精度標(biāo)定、調(diào)整誤差分離、投影畸變校正等關(guān)鍵問題，完成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(shí)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，項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)在國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，可見至長波紅外全譜段反射率優(yōu)于95%。

專家指出，中國通過研制成功“4米量級高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”，形成具備自主知識產(chǎn)權(quán)的4米量級大口徑反射鏡研制能力，并陸續(xù)應(yīng)用于中國各類大型光電設(shè)備，將推動中國在大口徑光學(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米量級碳化硅非球面反射鏡已應(yīng)用于國家大型光電系統(tǒng)項(xiàng)目；4米量級碳化硅非球面反射鏡即將應(yīng)用于國家重大工程項(xiàng)目。同時，項(xiàng)目成果將持續(xù)應(yīng)用于中國空間站多功能光學(xué)設(shè)施、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“靜止軌道高分辨率輕型成像相機(jī)系統(tǒng)技術(shù)”等一系列國家重大基礎(chǔ)研究和工程項(xiàng)目研制。

他透露，“4米量級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)國家重大型號項(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)國家重大型號項(xiàng)目。