2018年7月,中国科学院长春光学精密器械与物理研究所完成了4.03米大口径碳化硅反射镜研制,它也是目前为止世界上口径最大的单体碳化硅反射镜。4米量级碳化硅反射镜的研制成功,不仅标志着我国光学系统先进制造能力达到国际先进水平,也为我国大口径光电装备跨越升级奠定了坚实基础。
大口径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,其制造技术水平是衡量一个国家高性能光学系统研制水平的重要标志。大口径光学反射镜的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。
制造碳化硅反射镜的第一步,就是将碳化硅粉末烧制成整体的反射镜镜坯。4米碳化硅反射镜绝不仅仅是看着美丽,要想能够实际工程化应用,必须达到并保持极高面形精度(RMS值优于20nm),而这种高精度面形的保持正是依赖于反射镜“强健的筋骨”——碳化硅陶瓷镜坯。
反射镜强健的身体是有了,可黑黑、笨笨的样子,怎么也看不出来美丽啊?别着急,要想让我们的4米反射镜华丽变身,还要靠光学加工、改性和镀膜。4米碳化硅反射镜镜坯制造完成后,还要经过漫长的加工工艺,才能变成高精度的反射镜。
与加工技术同等重要的是反射镜检测技术,这也直接决定着最终加工精度。超大口径光学元件检测,由于检测光路长,受重力、检测环境干扰严重,需要通过复杂、精密的检测环境控制措施才能实现高精度检测。为此,长春光机所专门建立了28米高的多功能检测塔,用于完成大口径反射镜检测工作。
4米量级碳化硅反射镜研制成功,标志着我国大口径光学系统制造能力跻身世界前列。这一成果的取得,也凝结了众多科研人员十几年的心血。在世界上,大口径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。为了打破垄断,早在20世纪90年代末,长春光机所就已布局光学级碳化硅陶瓷材料研究。