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,一直是各国竞争的焦点。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。今天我们一起了解,看中国“千里眼”的最大“眼角膜”是如何制造而成的。
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越高。通俗地说就是会看得更加清楚。全世界大大小小的光学望远镜的主反射镜中,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。
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(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,它的比刚度是传统材料的4倍以上,所以在相同的变形情况下,碳化硅的重量只有传统材料的四分之一。另外,碳化硅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。
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。
经过20多年的潜心研究,实验室的科研团队突破了大口径碳化硅反射镜制造的多项关键技术,实现了大口径碳化硅反射镜的全链路制造。目前,光学系统先进制造重点实验室研制的大口径碳化硅反射镜已应用于多项国家重大工程任务。