前不久，由長春光機(jī)所承擔(dān)的國家重大科研裝備研制項(xiàng)目“4米量級高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”通過項(xiàng)目驗(yàn)收,。這是公開報道的世界上最大口徑碳化硅單體反射鏡,。該成果的取得，也標(biāo)志著我國光學(xué)系統(tǒng)制造能力躋身國際先進(jìn)水平,，為我國大口徑光電裝備跨越升級奠定了堅實(shí)基礎(chǔ),。

這個直徑4米、重達(dá)1.6噸的“大鏡子”猶如一個巨大的環(huán)形圓盤——如果把它裝到望遠(yuǎn)鏡里,，將極大提升其分辨率,。

“現(xiàn)代大口徑光學(xué)系統(tǒng)均采用反射式結(jié)構(gòu)，其中主鏡口徑直接決定了系統(tǒng)的分辨能力,，口徑越大,，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的分辨率和精度就越高?！?米碳化硅反射鏡項(xiàng)目驗(yàn)收專家,、中國工程院院士姜會林說。

造大口徑反射鏡,，實(shí)屬不易,。“反射鏡口徑的上限取決于制造加工能力,。同時,，為了保證望遠(yuǎn)鏡的分辨率和成像質(zhì)量,，反射鏡必須具有非常高的面型精度?！遍L春光機(jī)所副所長張學(xué)軍介紹,，以可見光波段觀測為例，面型精度要求至少在1/30以上波長,，這就好比將4米反射鏡放大到一個城市大小,進(jìn)行土地平整,，并要求東南角和西北角的高低差在正負(fù)零點(diǎn)幾毫米以內(nèi)，土地平整度要小于1毫米,。這對反射鏡鏡坯材料和光學(xué)加工技術(shù)都提出了極為嚴(yán)苛的要求,。

對于反射鏡鏡坯而言，材料的比剛度和熱穩(wěn)定性必須盡可能大,，這樣隨著口徑的增大,，材料的剛性仍然可以保證面型的穩(wěn)定，受熱環(huán)境影響較小,，并且有利于減輕系統(tǒng)重量,。

國際上常用的反射鏡鏡坯材料有石英玻璃、微晶玻璃,、碳化硅,、金屬鈹?shù)龋蓟枰云鋬?yōu)異的比剛度和熱穩(wěn)定性成為反射鏡備選材料的寵兒,。

碳化硅雖然性能優(yōu)良,、導(dǎo)熱快、受熱變形小,，但比起微晶玻璃等其他原材料,，其制造難度也更大——碳化硅本身屬于陶瓷，口徑一旦增大,，燒結(jié)很容易出現(xiàn)裂紋甚至破碎,，一度被認(rèn)為無法突破1.5米的口徑極限。

“大口徑反射鏡鏡坯制造和反射鏡加工技術(shù)一直被少數(shù)西方國家掌握,，我國始終不具備自主制造4米量級大口徑反射鏡的能力,。”張學(xué)軍坦言,。為打破壟斷,，20世紀(jì)90年代末，長春光機(jī)所就已布局光學(xué)級碳化硅陶瓷材料研究,。團(tuán)隊(duì)耗時10余年,、經(jīng)歷數(shù)百次實(shí)驗(yàn)探索與工藝驗(yàn)證，先后突破1米、2米口徑碳化硅反射鏡鏡坯,，終于在2016年成功研制出4米口徑碳化硅鏡坯,。

鏡坯有了，但碳化硅極高的硬度也給加工方法帶來新挑戰(zhàn),。此外,，碳化硅在光學(xué)粗拋光后表面有細(xì)微缺陷，這會影響反射率等光學(xué)性能,，因此需要通過后續(xù)工藝改進(jìn)表面特性,。

項(xiàng)目組運(yùn)用計算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)，通過采用“應(yīng)力盤”拋光,、磁流變拋光等組合加工技術(shù),，大幅度提高了非球面的制造精度和效率；同時采用擺臂輪廓儀檢測,、光學(xué)零位補(bǔ)償干涉測量等先進(jìn)檢測技術(shù),，實(shí)現(xiàn)對4米反射鏡的原位檢測,。最終,，經(jīng)過精拋光的反射鏡鍍膜后反射率達(dá)到95%以上，具備工程化應(yīng)用條件,，實(shí)現(xiàn)了4米大口徑非球面反射鏡的高精度光學(xué)加工,。

“僅僅掌握4米反射鏡制造工藝，并不算自主掌握核心技術(shù),?！睆垖W(xué)軍說，與加工工藝同等重要的,，還有完成4米反射鏡制造所需全套制造裝備的研發(fā),。圍繞反射鏡研制流程，項(xiàng)目完成了3個子系統(tǒng),、10余套加工檢測設(shè)備研制,，全部來自自主知識產(chǎn)權(quán)。

目前,，由長春光機(jī)所研發(fā)的2米量級口徑反射鏡已在實(shí)際工程中應(yīng)用,；2022年，在中國空間站的多功能光學(xué)設(shè)施上,，將使用我國自主研制的大口徑反射鏡,；在不遠(yuǎn)的將來，4米量級反射鏡也將應(yīng)用在我國新一代光電觀測系統(tǒng)中,。