4米碳化硅反射镜落成中国航天器的“瞳孔”将是全球最大

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4米碳化硅反射镜落成中国航天器的“瞳孔”将是全球最大

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2018-08-22 16:57:40 字号：A- A A+ 来源：观察者网综合

关键字: 长春光机所单体碳化硅反射镜

【观察者网综合报道】

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，对国防安全、国民经济建设、基础科研能力和减灾具有重要意义。

新华社8月21日报道，探索9年、经18个月加工“打磨”，一块直径4米、重达1.6吨的“大镜子”当天在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”）通过项目验收。这是国家重大科研装备研制项目“4米量级高精度碳化硅非球面反射镜集成制造系统”的最新成果。

这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。

最大单体碳化硅反射镜

据了解，长春光机所于今年7月完成了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。

站在4米碳化硅反射镜旁边，顿时感觉自己很渺小。反射镜像一个巨大的圆环形圆盘，镜面在灯光的照射下闪闪发亮。

据介绍，现代大口径光学系统均采用反射式结构，其中主镜口径直接决定了系统的分辨能力。也就是说，反射镜口径越大，望远镜越能看得更远更清晰，在对地观测、深空探测和天文观测方面都有重要的意义。如果把这只“瞳孔”装到望远镜里，将极大的提升望远镜的分辨率。

《文汇报》称，未来地面上，将会悬起一面面中国制造的4米碳化硅巨镜，它们将肩负起采集百亿光年外的宇宙信号、监测近地空间每块微小碎片的重任。

不过，反射镜口径越大，光学材料和光学加工的难度也呈几何级上升：当口径超过一定量级时，会对光学材料和光学加工均带来巨大的挑战。

微信公号“中国科普博览”刊文称，为了保证望远镜的分辨率和成像质量，光学系统对反射镜的面型精度有着苛刻的要求。对于大口径光学系统而言，这种精度要求不会随着口径的增大而降低。以可见光波段观测的为例，面型精度要求至少在三十分之一以上波长（λ/30，RMS值优于20nm），这就好比将4米反射镜放大到北京市大小，进行土地平整，土地平整度要小于1毫米。如此高的面形精度，对于反射镜镜坯材料和光学加工技术都提出了苛刻要求。

3步 “炼”就4米的“大眼睛”

微信公号“科学大院”刊文称，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。

国际上常用的反射镜基体材料有石英玻璃、微晶玻璃、碳化硅、金属铍，以及碳纤维/碳化硅复合材料等。与其他材料相比，碳化硅具有更大的比刚度（E/ρ）和热稳定性(λ/α)，这意味着实现同样的光学口径和精度要求时，碳化硅反射镜具有更小的重量和更优的热稳定性，因此碳化硅也成为大口径反射镜镜坯材料中的佼佼者。

不同反射镜材料的性能对比

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