歷時15年探索攻關(guān)、9年立項研制，中國科學家打破國外技術(shù)封鎖和產(chǎn)品壟斷，研制成功世界上迄今公開報道的最大口徑單體碳化硅(SiC)反射鏡——直徑4.03米口徑高精度碳化硅非球面反射鏡，并且核心制造設備以及制造工藝都具有自主知識產(chǎn)權(quán)，成果可廣泛應用于天文望遠鏡、航天器光學載荷研制等領(lǐng)域，標志著中國大口徑碳化硅非球面光學反射鏡制造領(lǐng)域的技術(shù)水平已躋身國際先進行列。

中國研制成功世界最大口徑單體碳化硅反射鏡項目負責人、中科院長春光機所副所長張學軍研究員向媒體介紹項目科研攻關(guān)情況。孫自法 | 攝

由中國科學院長春光學精密機械與物理研究所(中科院長春光機所)承擔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。驗收專家認為，4米口徑碳化硅反射鏡工程產(chǎn)品即將應用于國家地基大型光電系統(tǒng)，也為空間大口徑光學系統(tǒng)的研制解決了核心技術(shù)難題。

中科院長春光機所研制成功的直徑4.03米口徑高精度碳化硅非球面反射鏡。孫自法 攝

項目負責人、中科院長春光機所副所長張學軍研究員介紹說，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(tǒng)的核心元件。碳化硅陶瓷材料則是國際光學界公認的高穩(wěn)定性光學反射鏡材料，但歐美國家在大口徑碳化硅光學反射鏡制造技術(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制造技術(shù)。

早在2003年，中科院長春光機所就開始對大口徑碳化硅光學反射鏡制造技術(shù)進行探索攻關(guān)，2009年底，面向國家對大型光學儀器的戰(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所立項啟動。

項目啟動后，張學軍領(lǐng)導的研發(fā)團隊通過多年持續(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材料制備的自主可控。

中科院長春光機所研制成功的直徑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)應用于中國各類大型光電設備，將推動中國在大口徑光學反射鏡制造技術(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儀器研制水平。

張學軍表示，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用：2米量級碳化硅非球面反射鏡已應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用于國家重大工程項目。同時，項目成果將持續(xù)應用于中國空間站多功能光學設施、國家重點研發(fā)計劃“靜止軌道高分辨率輕型成像相機系統(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用于多項國家重大型號項目及背景預研項目中，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。