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第五季净月微发现

十余年攻关 造就我国4.03米的“大眼睛”


来源:新文化报

他带领着他的团队长期从事先进光学制造技术研究,在大口径光学加工、光学检测、集成制造等方面做出了一系列开创性工作,使我国先进光学制造领域近年来跻身国际先进行列,为我国空间光学遥感事业的发展提供了关键技术支撑……他就是张学军,现任中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室主任、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(长春光机所)副所长、吉林省高级知识分子联谊会副会长。

新文化讯(ZAKER吉林记者陆续)他带领着他的团队长期从事先进光学制造技术研究,在大口径光学加工、光学检测、集成制造等方面做出了一系列开创性工作,使我国先进光学制造领域近年来跻身国际先进行列,为我国空间光学遥感事业的发展提供了关键技术支撑……他就是张学军,现任中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室主任、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(长春光机所)副所长、吉林省高级知识分子联谊会副会长。

百炼成“坯”“炼”就4米的“大眼睛”

目前,由长春光机所研发的2米量级口径反射镜已在实际工程应用;2022年,在中国空间站的多功能光学设施上,将使用我们中国自主研制的大口径反射镜;在不远的将来,4米量级反射镜也将应用在我国新一代光电观测系统中。

2018年7月,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所完成了4.03米大口径碳化硅反射镜研制,它也是目前为止世界上口径最大的单体碳化硅反射镜。4米量级碳化硅反射镜的研制成功,不仅标志着我国光学系统先进制造能力达到国际先进水平,也为我国大口径光电装备跨越升级奠定了坚实基础。

站在4米碳化硅反射镜旁边,顿时感觉自己很渺小。反射镜像一个巨大的环形圆盘,镜面在灯光的照射下闪闪发亮,犹如刚出生婴儿的眼睛一般闪亮。如果把这只大眼睛装到望远镜里,将极大地提升望远镜的分辨率。那么这只美丽的“大眼睛”是怎样炼成的呢?

长春光机所副所长张学军在接受新文化报·ZAKER吉林记者采访时表示,大口径光学反射镜的制造难度主要集中在反射镜镜坯制造、反射镜光学加工等制造工艺环节。

制造碳化硅反射镜是将碳化硅粉末烧制成整体的反射镜镜坯。4米碳化硅反射镜绝不仅仅是看着美丽,要想能够实际工程化应用,必须达到并保持极高面形精度(RMS值优于20nm),而这种高精度面形的保持正是依赖于反射镜“强健的筋骨”———碳化硅陶瓷镜坯。成型后的反射镜镜坯经过两次烧结后,“大眼睛”的一身“钢筋铁骨”就炼好了。

4米碳化硅反射镜镜坯制造完成后,还要经过漫长的加工工艺,才能变成高精度的反射镜。试想一下,原始的镜坯就是一块整体的、粗糙的陶瓷坯,经过复杂的工序后,它的背面被安装上高精度的结构件;正面被加工成非球面形,在整个4米口径范围内面形精度在20nmRMS以内;并且需要通过改性、镀膜等工艺,改善表面缺陷、提高镜面反射率。

碳化硅材料硬度极高,常见材料中仅次于金刚石,其磨削抛光至纳米表面精度难度极大,因此需要通过采用应力盘抛光、磁流变抛光等组合加工技术来实现非球面的制造精度,提升加工效率。

十年磨炼成就今日光辉

4米量级碳化硅反射镜研制成功,标志着我国大口径光学系统制造能力跻身世界前列。这一成果的取得,也凝结了众多科研人员十几年的心血。

在世界上,大口径反射镜镜坯制造和反射镜加工技术一直被美国、法国、德国等少数西方国家掌握。为了打破垄断,早在20世纪90年代末,长春光机所就已布局光学级碳化硅陶瓷材料研究。研究团队耗时10余年、经历数百次实验探索与工艺验证,先后突破1米口径碳化硅反射镜镜坯、2米口径碳化硅反射镜镜坯,最终在2016年成功研制出4米口径碳化硅镜坯。

在镜坯材料研制技术突破的同时,反射镜加工制造及其工程化应用的研究脚步也从未停止。2015年,2米口径反射镜完成研制;2017年,2米口径反射镜完成实际工程应用。反射镜加工制造技术与大口径光电装备研制,始终紧密联系、互相促进,使核心制造技术的掌握及时转化为科研装备实力。

与此同步,围绕着大口径反射镜制造的工艺路线,一整套完整的、具有完全自主知识产权的加工、检测装备也同步开发完成,使大口径反射镜制造的全部核心技术真正掌握自己手中。

据了解,在光学加工方面,张学军作为主要负责人,先后研制出四代具有自主知识产权的大口径非球面加工中心,技术指标与公开报道的国际最高水平相当。

在先进光学系统制造方面,突破了离轴非球面复合检验、复杂光学系统装调技术,使空间相机同时实现了高分辨与大视场成像,使我国成为继美、法之后第三个掌握离轴三反光学系统制造技术的国家,推动了我国空间遥感光学系统详普查技术的升级和跨越发展。取得的系列创新成果,应用于“遥感八号”“快舟一号”“高分八号”等重大任务中,水平达到国内领先、国际先进。

2018年6月,高分六号卫星发射成功,其中高分六号宽幅相机创新性采用了自由曲面超大视场离轴全反射光学系统,使相机在16米地面像元分辨率情况下,幅宽超过850公里。张学军带领团队,攻克了自由曲面光学系统制造技术,再次促使我国空间相机性能的跨越升级。

吉林新闻

[责任编辑:韩莹]

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