全球最大口径碳化硅光学反射镜，中国造！科技自立自强之路。光学望远镜好比人类的“千里眼”，其中的主反射镜就是它的“角膜”。主反射镜口径越大，光学望远镜的空间分辨率就越高。目前，在全世界的光学望远镜的反射镜中，采用碳化硅材质、口径最大的那一块来自中国。长期以来，各国都将米级及以上口径反射镜作为战略物资。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（以下简称长春光机所）所长张学军说，这一“逼”竟让他们制造出了全球最大口径高精度碳化硅光学反射镜。由于空间对地观测的敏感性，我国一度只能从国外购买直径1米以下的“小镜子”。科研人员希望早日实现大口径反射镜“中国制造”的愿望。制作大口径反射镜，碳化硅综合性能远优于玻璃、金属铍等。然而，碳化硅是陶瓷材料，硬度高，仅次于已知最硬的金刚石，制造难度很大。
经过十余年艰苦攻关，2008年，长春光机所团队研制出我国首套具有自主知识产权的0.7米量级碳化硅反射镜。2009年9月，国家重大科研装备研制项目启动，所里宣布将研发4米碳化硅反射镜。在国内外相关技术、装备、经验基本为零的情况下，要做到碳化硅反射镜口径的全球之最，这意味着不仅要突破镜坯制备等关键技术，还要自主设计研发全链路集成制造系统。没有一个人敢拍胸脯说“一定能成功”。
镜坯制备是碳化硅反射镜制造的第一步。2010年至2016年，团队一共开展了5次4米碳化硅反射镜坯制备试验。镜坯裂纹在每一次的试验中逐渐缩小。虽然只有5次4米的碳化硅反射镜坯制备试验，但过程中团队还做了若干次1米、2米、2.5米、3米的制备试验。失败的次数远比成功多，非常磨人。2012年，第一块4米碳化硅反射镜坯刚出炉，就被砸了。
望着有较大裂纹且炸裂的镜坯，时任长春光机所奥普光学材料事业部主任赵文兴迫不及待地想弄清楚问题究竟出在哪儿。他根据裂纹出现位置，优化了镜坯反应烧结工艺参数，为4米碳化硅反射镜坯成功制备奠定了基础。加工一面普通镜子，尚且需要做到平整，对于反射镜而言，这一要求更是达到了极致。4米碳化硅反射镜的面形精度甚至不能超过20纳米。如果把它等比放大，就相当于要把北京五环范围内的地面平整到高低差小于1毫米。
这么苛刻的要求，如何做到？其关键便是磁流变技术。团队先是成功打磨出2米碳化硅反射镜，实现了世界上首次将该技术投入到4米量级反射镜的工程应用中。采用同样的工序，加工2米量级反射镜需要8个月，而加工4米量级反射镜则需要64个月。即便一切顺利，能否加工出精度合格的反射镜，仍是巨大的考验。
在不懈的努力下，团队成功将反射镜从毫米精度加工到纳米精度，4米碳化硅反射镜的最终面形精度达到15.2纳米，实现了国际领先。改性让反射镜表面更加平整，镀膜更是堪称点睛之笔。只有镀了膜，它才能“明眸善睐”。长春光机所采用的改性/镀膜装备并非常用的圆形，而是长方形，这样即便将来反射镜中间没有孔，也能顺利完成镀制。采用该装备，团队将膜厚不均匀性控制在5%以内。
最初的膜层应力非常大，实验样品刚拿出来时还不错，不一会儿，膜层像放烟花一样，星星点点的小碎末往上蹦。最差的时候，不到一个小时，膜层就掉得干干净净。经过半年多的反复实验、调整，他们最终采用磁控溅射技术，完成了改性膜层/高反射膜层的镀制。4米碳化硅反射镜“破茧成蝶”，蜕变成了真正的反射镜。至此，国际上公开报道口径最大的4.03米碳化硅反射镜研制成功。
2018年8月，国家重大科研装备研制项目“4米量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统”顺利通过验收。中国工程院院士金国藩、潘君骅等专家评价该项目“是我国在大口径光学制造领域的重大技术突破，形成了大口径系列反射镜研制能力，为我国大型光电系统研制解决了核心技术难题”。