快讯：中国造世界最大口径碳化硅单体反射镜:口径4.03米

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马维周立勋

电影《逆转的地球》上映后，人们对宇宙天体的兴趣高涨，宇宙着火。 影片开头，宇航员刘培强带着儿子刘启，用100毫米口径的天文望远镜进行观测，木星的4颗卫星可以清晰地识别。

反射镜是高性能光学系统的核心。 中国科学院长春光机所副所长张学军介绍说，把望远镜比作观测宇宙的眼睛，反射镜是眼睛的水晶体。 晶状体越大，眼睛的空间分辨率也越高，可以观测到天体的更多细节。

年8月，中科院长春光机所研制出4.03米大口径碳化硅反射镜，并通过检测。 这是公开报道的世界最大口径碳化硅单体反射镜。 由此，我国光学系统的制造能力进入国际先进水平，终于不再受制于人。

我们只能近视了

自1609年伽利略发明天文望远镜以来，从地面仰望星空、从空间俯瞰大地、环视寰宇，都是提高望远镜观测能力不可缺少的重要口径。

大望远镜装备对反射镜口径的诉求没有上限，其上限取决于制造加工能力。 关于口径实力，张学军举个例子，著名的哈勃太空望远镜口径为2.4米，可以观测到最远距离地球134亿光年的宇宙深处。 先进的光电望远镜口径为3.67米，成功观测到了美国哥伦比亚号航天飞机事故的核心。

20世纪90年代初，我国1米以下口径空间反射镜材料一直依赖进口，但那时载人航天才刚刚开始，需要大口径反射镜。 张学军回忆说当时在欧美没有卖，最后从俄罗斯进口了直径0.6米的反射镜。

这也是掐住我们脖子的问题，在技术封锁下，我国只能采用直径1米以下的小镜子。 我们也想从欧美各国购买大口径的光学反射镜，但是以战术物资为理由被拒绝了。 张学军明确了。

急需发展大口径碳化硅光学制造技术。

国家的诉求很大，我们没有退路，必须走这条路。 正是西方国家的技术壁垒和封锁坚定了我们自主创新的决心。 买不到核心技术，一定要走自主开发的道路！ 张学军说。

4次发射失败镜像空白

买不起又不得不使用，把长春光机所推向了自主创新的道路。

为了处理技术瓶颈，长春光机所选择了不同于国外的技术路线作为镜像材料。 碳化硅是制作反射镜的理想材料，比刚性是玻璃的4倍，在相同厚度下比玻璃强4倍。 但是，由于其制造难度极高，在国际同行中并不常见。 张学军坦白地说。

长春光机所于2009年底正式启动4米级高精度碳化硅非球面镜集成制造系统项目，并开始自主开发大口径高精度非球面镜制造系统。

4米碳化硅反射镜不仅能看到眩光，为了实用化还需要依赖碳化硅陶瓷反射镜材料。 因此，制作碳化硅反射镜的第一个课题是将碳化硅粉末烧制成整体的反射镜坯料。 张学军说:“人们认为，碳化硅烧制的陶瓷，口径增大后，会出现内部缺陷，容易破裂，一度无法突破的口径极限为1.5米。

由于没有经验，第一次的镜面材料肯定失败了。 张学军还没有看到全貌，但团队已经用将其粉碎、破碎的粒子研究失败原因。 张学军说:“在数百个过程中，有一个细小的错误可能导致研发失败。”

项目组施加巨大压力，反复进行实验探索和技术验证，突破了消失模型制作、凝胶注射成型、无应力连接等一系列镜面毛坯制造的关键技术，相继开发出了2米、2.4米、3米的单质碳化硅镜面毛坯

经历了4次失败后，年、自主知识产权、4.03米碳化硅反射镜毛坯终于新鲜出炉。 一次烧结需要五六个月，再加上前期准备，整个过程将是一年，五次将是五年。 这是一个漫长的过程。

从贴片机变成单反

预成形件制造完成后，接下来是较长的加工工艺。 为了确保成像质量，光学系统对反射镜的面型精度有严格的要求:优于20纳米。 张学军比如说，这就像把北京市的土地夷为平地，要求平坦度误差小于1毫米。

随着成功，碳化硅的硬度仅次于金刚石，磨削研磨到纳米表面精度极其困难的课题一直在持续。 从反射镜原材料向反射镜的过渡需要光学加工、改性、电镀，光靠国内现有的光学加工设备不仅不能满足要求，而且在国际上也没有可以引进的装备。

怎么办？ 自己做吧！

张学军在长春光机开发的适合高精度制造大口径碳化硅的非球面数控加工中心，采用应力盘研磨、磁流变研磨等组合加工技术，在反射镜表面电镀接近碳化硅的硅改性层的基础上进行精研磨，提高非球面的制造精度，加工和检测 张学军表示，反射面镀膜的反射率达到95%以上，整体指标满足望远系统的要求。 这相当于太空探索摄影的图像质量，从梳理机升级为具有优质成像镜头的单反相机。

至此，碳化硅粉末终于成为直径4.03米、重1.6吨、高刚性、高面形状精度的大镜子。

只掌握4米反射镜制造工艺，并不掌握自主的核心技术。 张学军表示，围绕大口径反射镜制造的工艺路线，完全自主知识产权的加工、检测装备也同时开发，大口径反射镜制造的所有核心技术已经掌握在自己手中。