光之眼——碳化硅反射镜

自伽利略制造了世界上第一台天文望远镜，将人类视力首次延伸到了土星的光环以来，人们不断地改进光学仪器，镜头口径越来越大，以期能看的更远、更清晰，同时成像方式也从伽利略望远镜的折射式演变为反射式。逐渐地，人们不满足于受大气影响的地面观测，将天文望远镜发射到外空间，1990年升空的哈勃太空望远镜，将人类视野延伸到数十亿光年之外的深邃空间。随着社会发展，灾害防控、国防工业、导航通信等领域对大型光电仪器的需求也日益增大。

主反射镜作为现代大型光学仪器镜头中最为核心的零部件，如同人眼的“角膜”，其极限分辨能力和集光能力与口径大小成正比。同时，主反射镜的材料性质是其性能的有力支撑。从最初的折射式镜头的光学玻璃，到第一代反射式镜片的铝合金、铜合金，再到第二代的金属铍、ULE、Zerodur，这些材料在力热性能上或多或少存在短板，因此西方发达国家把目光投向具有优异综合性能的碳化硅陶瓷。

图1 装有2 m碳化硅反射镜的望远镜

中科院长春光机所根据国家重大战略需求和碳化硅陶瓷材料的发展趋势，于二十世纪末开始开展碳化硅反射镜制备技术的研究。团队创始人赵文兴研究员带领项目组历经十余年的刻苦攻关，突破了复杂结构碳化硅陶瓷预置体成型、素坯连接、致密化反应烧结等核心技术，先后研制出0.5～2 m量级碳化硅反射镜，并成功应用于商用遥感、“天问一号”有效载荷、“高分”等型号任务。

为了进一步扩大技术领先优势，项目组于2009年提出了4 m量级碳化硅反射镜的研究目标，在其后八年时间里，研究团队经历了数百次实验验证和四次烧结试验的失败，仍坚守“甘坐冷板凳，永不言败”的科研精神，最终于2016年3月成功研制出第五块镜坯，成为世界上最大口径的碳化硅反射镜，镜坯直径达4.03 m，重量1.7 t。该镜坯于2018年完成光学加工和镀膜，其面形精度值和反射率等指标完全满足用户要求，目前已应用于工程项目。研究成果在国际光学工程学会SPIE NEWSROOM主页进行了报告，得到了国际同行的认可，同时相关产品也在长春长光精瓷复合材料有限公司实现了产业化。4 m量级碳化硅反射镜的成功研制，打破了国外垄断，标志着我国大口径光学制造技术跻身国际先进行列，进一步巩固了我国在光学系统先进制造领域的领先优势，推动我国新型光学遥感技术实现跨越式发展。

图2 2 m量级碳化硅反射镜

图3 4 m量级碳化硅反射镜