我成功研制世界最大口徑單體碳化硅反射鏡

齊芳

日前從中國科學院獲悉，由中國科學院長春光學精密機械與物理研究所承擔的國家重大科研裝備研制項目“4米量級高精度SiC非球面反射鏡集成制造系統”通過項目驗收。這是公開報道的世界上最大口徑碳化硅單體反射鏡，標志我國光學系統制造能力躋身國際先進水平，為我國大口徑光電裝備跨越升級奠定了堅實基礎。

大口徑高精度非球面光學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的核心元件，其制造技術水平對一個國家的國防安全、國民經濟建設、基礎科研能力具有重要意義，也是衡量一個國家高性能光學系統研制水平的重要標志。而碳化硅陶瓷材料是國際光學界公認的高穩定性光學反射鏡材料，采用碳化硅材料可大幅提高大口徑成像系統的性能。

但是，做科學上能用的“大鏡子”是件很難的事，當口徑超過一定量級時，會給光學材料和光學加工帶來巨大的挑戰。4米，是一個坎——以可見光波段觀測為例，面型精度也就是鏡面的平整程度要求優于20納米，相對于4米的反射鏡來說，這大概相當于把北京市面積大小的土地平整到高度差別小于1毫米。長期以來，大口徑反射鏡鏡坯制造和反射鏡加工技術一直被美國、法國、德國等少數西方國家掌握，我國始終不具備自主制造4米量級大口徑反射鏡能力。

在項目負責人、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究員張學軍的帶領下，項目研發團隊歷經九年技術攻關，完成了碳化硅鏡坯制備、非球面加工檢測、碳化硅表面改性鍍膜的制造設備研制與制造工藝研究，形成了具有自主知識產權的4米量級高精度碳化硅非球面集成制造平臺，完成了4米量級高精度碳化硅非球面產品的研制。

張學軍介紹，大口徑高精度碳化硅非球面反射鏡制造主要關鍵技術瓶頸在于碳化硅材料制備、非球面加工檢測和高性能改性鍍膜三個方面。在碳化硅材料制備技術方面，研發團隊掌握了多項鏡坯制備關鍵技術，建立了大口徑碳化硅鏡坯制造平臺，并先后研制成功2米、3米單體碳化硅鏡坯，4米口徑整體碳化硅鏡坯，實現了我國大口徑碳化硅光學材料自主可控。在大口徑碳化硅非球面加工檢測技術方面，研發團隊在國內首次研制成功適用的非球面數控加工中心，創造性地提出一體化加工設備方案，完成了4米量級碳化硅非球面高精度加工，加工精度優于16納米，全面實現4米量級碳化硅高精度加工與檢測技術自主可控。在大口徑碳化硅改性鍍膜技術方面，研發團隊在國際上首次研制成功SiC反射鏡改性與反射膜鍍制一體化設備，首次應用磁控濺射技術完成4米量級碳化硅表面改性，滿足高質量光學表面的拋光需求，實現4米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于95%。

據介紹，基于本項目研制完成的1.5米和2米量級碳化硅非球面反射鏡已成功應用于國家重大型號任務中。未來，4米量級碳化硅非球面反射鏡也將應用于國家地基大型光電系統，為大口徑光學系統的研制解決核心技術難題。