国产巨镜将采集百亿光年外宇宙信号

科研人员正在对4米碳化硅反射镜表面进行检查。(中科院长春光机所供图)

未来地面上,将会悬起一面面中国制造的4米碳化硅巨镜,它们将肩负起采集百亿光年外的宇宙信号、监测近地空间每块微小碎片的重任。

8月21日,由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所承担的国家重大科研装备研制项目“4米量级高精度碳化硅非球面反射镜集成制造系统”通过验收。经过十多年研发,长春光机所完成了4.03米大口径碳化硅反射镜研制。这是公开报道的世界上最大口径碳化硅单体反射镜,标志着我国光学系统制造能力跻身国际先进水平,为我国大口径光电装备跨越升级奠定了坚实基础。

反射镜口径越大,意味着望远镜能看得更远更清晰,在对地观测、深空探测和天文观测中都有十分重要的意义。但反射镜口径越大,光学材料和光学加工的难度也呈几何级上升。长期以来,欧美国家将以微晶玻璃为原材料加工的大口径光学反射镜作为战略物资,其产品与生产设备和工艺全部对外禁运。

“核心技术买不来,一定要走自主研发的道路!”项目负责人、长春光机所副所长张学军说,为了实现更稳定的性能,长春光机所选择普遍不被国际同行看好的碳化硅为原材料。虽然碳化硅化学性能稳定、导热快、受热变形小,可比起微晶玻璃等其他原材料,它的加工难度更大——用它烧制的陶瓷,口径一旦增大,就容易断裂、破碎。

项目研发团队顶着巨大压力,历经整整八年技术攻关,先后突破消失模制作、凝胶注模成型、无应力反应连接等多项镜坯制备关键技术,建立了大口径碳化硅镜坯制造平台。在这个平台上,2米、2.4米、3米单体碳化硅镜坯,4米口径整体碳化硅镜坯相继研制成功。这标志着我国大口径碳化硅光学材料的生产加工已实现完全自主可控。

要研制出高精度的加工工艺和制造设备,不仅需要科学家的努力,也离不开设备制造企业的参与。让企业参与项目研发,不仅加速了具有自主知识产权的国产化装备的落地,还将推动相关产业链的发展。

为了给碳化硅镜子镀膜,项目团队先向企业提供技术支持,帮助企业改进工艺,企业再根据科研需求定制相关设备。在这种联合研制下,团队在国际上首次研制成功碳化硅反射镜改性与反射膜镀制一体化设备,实现了4米碳化硅反射镜表面高反射率薄膜镀制,可见光至长波红外全谱段反射率优于95%。

小到碳化硅粉末生产,大到相关设备仪器,研发团队将所有技术全部实现了国产化。张学军说,这些制造设备、检测平台都有望实现民用化,相关光学产业链,如半导体检测设备、模具抛光、光学镜头等企业已主动上门寻求合作。

据悉,目前1.5米口径和2米口径碳化硅反射镜已成功应用于国家重大型号项目,4米口径碳化硅反射镜工程产品即将应用于国家地基大型光电系统。

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责任编辑:陈龙
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