中國“千裡眼”的最大“眼角膜”如何制造而成？

2024年07月24日07:41 | 來源：央視網

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多年來，對於大口徑望遠鏡核心關鍵部件——大口徑反射鏡的研制，一直成為各國競爭的焦點。中國科學院長春光機所光學系統先進制造中心的實驗室，如今已全面掌握大口徑反射鏡制造的核心技術，為中國空間探測與開發起到重要推動作用。系列報道《走進實驗室看新質生產力》，今天走進光學系統先進制造重點實驗室，看中國“千裡眼”的最大“眼角膜”是如何制造而成的。

總台記者李琳介紹，如果把光學望遠鏡比作人類的“千裡眼”，那麼光學望遠鏡中的主反射鏡就可以稱之為“眼角膜”。主反射鏡的口徑越大就意味著光學望遠鏡的空間分辨率就會越高。通俗的說就是會看得更加清楚。現在，在全球的光學望遠鏡中，主反射鏡採用碳化硅材料、口徑最大的那一塊就誕生於中國科學院長春光機所的實驗室裡。

您現在看到的這面巨型碳化硅反射鏡，口徑達到了4.03米。假設將這面反射鏡安裝到空間相機上，即便是在幾百公裡外的高空，也能清晰地捕捉到地面上汽車的輪廓，甚至是汽車的天窗、后視鏡等細節。

大口徑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，它的制造技術水平是衡量一個國家高性能光學系統研制水平的重要標志。光學系統先進制造重點實驗室就長期致力於大口徑光學反射鏡的研制工作。

光學系統先進制造重點實驗室（中國科學院）副主任、中國科學院長春光機所研究員張舸介紹，碳化硅相對於傳統材料來說，它的比剛度是它們的4倍以上，所以在相同的變形情況下，它的重量隻有傳統材料的四分之一。另外它的導熱系數是傳統材料的兩個數量級以上，因此大大降低了它的溫控難度。

不過，碳化硅雖然性能優良，但它屬於陶瓷材料，硬度高，口徑一旦增大，在制坯的過程中很容易出現裂紋甚至破碎。

總台記者李琳介紹，在長春光機所的花園裡，現在還擺放著一面曾經的大口徑反射鏡的實驗鏡。仔細看，在它上面有幾條頭發絲般粗細大小的裂紋，這些裂紋見証著科研團隊一次又一次的實驗過程。

鏡坯制備是制造碳化硅反射鏡的關鍵一步，要將微米級的碳化硅粉末變成鏡坯，科研團隊是怎麼實現的呢？

光學系統先進制造重點實驗室（中國科學院）副主任、中國科學院長春光機所研究員張舸介紹，這種工藝就像家裡做豆腐一樣，先把碳化硅粉放到水中，形成水基漿料，然后像做豆腐點鹵一樣，最后加入各種化學試劑，這種流動的漿料形成膠態，從而成型，滿足不同場景以及不同設計需求的輕量化結構。

有了鏡坯，要成為真正的反射鏡，還需要經過光學加工、改性和鍍膜等多個程序。而為了保証光學望遠鏡的分辨率和成像質量，光學系統對反射鏡的面形精度有著苛刻的要求。對於大口徑反射鏡來說，對面形精度的要求更是達到了極致。

目前，光學系統先進制造重點實驗室（中國科學院）副主任、中國科學院長春光機所研究員張舸介紹，比如4米口徑反射鏡的制造，它的精度要求達到了15個納米。如果我們在一塊小量級口徑上面去制作，相對比較容易，但是對於4米這樣大量級口徑來說，它的難度相當的大。就好比在北京5環內去平整地面，它高低起伏不能超過一個毫米。