中国“千里眼”的最大“眼角膜”如何制造而成？

2024年07月24日07:41 | 来源：央视网

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多年来，对于大口径望远镜核心关键部件——大口径反射镜的研制，一直成为各国竞争的焦点。中国科学院长春光机所光学系统先进制造中心的实验室，如今已全面掌握大口径反射镜制造的核心技术，为中国空间探测与开发起到重要推动作用。系列报道《走进实验室看新质生产力》，今天走进光学系统先进制造重点实验室，看中国“千里眼”的最大“眼角膜”是如何制造而成的。

总台记者李琳介绍，如果把光学望远镜比作人类的“千里眼”，那么光学望远镜中的主反射镜就可以称之为“眼角膜”。主反射镜的口径越大就意味着光学望远镜的空间分辨率就会越高。通俗的说就是会看得更加清楚。现在，在全球的光学望远镜中，主反射镜采用碳化硅材料、口径最大的那一块就诞生于中国科学院长春光机所的实验室里。

您现在看到的这面巨型碳化硅反射镜，口径达到了4.03米。假设将这面反射镜安装到空间相机上，即便是在几百公里外的高空，也能清晰地捕捉到地面上汽车的轮廓，甚至是汽车的天窗、后视镜等细节。

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，它的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。光学系统先进制造重点实验室就长期致力于大口径光学反射镜的研制工作。

光学系统先进制造重点实验室（中国科学院）副主任、中国科学院长春光机所研究员张舸介绍，碳化硅相对于传统材料来说，它的比刚度是它们的4倍以上，所以在相同的变形情况下，它的重量只有传统材料的四分之一。另外它的导热系数是传统材料的两个数量级以上，因此大大降低了它的温控难度。

不过，碳化硅虽然性能优良，但它属于陶瓷材料，硬度高，口径一旦增大，在制坯的过程中很容易出现裂纹甚至破碎。

总台记者李琳介绍，在长春光机所的花园里，现在还摆放着一面曾经的大口径反射镜的实验镜。仔细看，在它上面有几条头发丝般粗细大小的裂纹，这些裂纹见证着科研团队一次又一次的实验过程。

镜坯制备是制造碳化硅反射镜的关键一步，要将微米级的碳化硅粉末变成镜坯，科研团队是怎么实现的呢？

光学系统先进制造重点实验室（中国科学院）副主任、中国科学院长春光机所研究员张舸介绍，这种工艺就像家里做豆腐一样，先把碳化硅粉放到水中，形成水基浆料，然后像做豆腐点卤一样，最后加入各种化学试剂，这种流动的浆料形成胶态，从而成型，满足不同场景以及不同设计需求的轻量化结构。

有了镜坯，要成为真正的反射镜，还需要经过光学加工、改性和镀膜等多个程序。而为了保证光学望远镜的分辨率和成像质量，光学系统对反射镜的面形精度有着苛刻的要求。对于大口径反射镜来说，对面形精度的要求更是达到了极致。

目前，光学系统先进制造重点实验室（中国科学院）副主任、中国科学院长春光机所研究员张舸介绍，比如4米口径反射镜的制造，它的精度要求达到了15个纳米。如果我们在一块小量级口径上面去制作，相对比较容易，但是对于4米这样大量级口径来说，它的难度相当的大。就好比在北京5环内去平整地面，它高低起伏不能超过一个毫米。