歷時15年探索攻關(guān)、9年立項研制,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。
中國研制成功世界大口徑單體碳化硅反射鏡項目負(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目科研攻關(guān)情況。
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目驗收,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目核心成果之一。驗收專家認(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)所立項啟動。
項目啟動后,張學(xué)軍領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)團(tuán)隊通過多年持續(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,項目研發(fā)團(tuán)隊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,項目研發(fā)團(tuán)隊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,項目研發(fā)團(tuán)隊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目。同時,項目成果將持續(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)”項目研究成果還成功應(yīng)用于多項國家重大型號項目及背景預(yù)研項目中,并成功牽引出總經(jīng)費近50億元的多項國家重大型號項目。