有了4米量級(jí)的碳化硅鏡坯，雖然為研制4米口徑反射鏡奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，但后面挑戰(zhàn)仍十分艱巨：一方面反射鏡面積大幅提升、而碳化硅材料本身硬度極高，給加工方法帶來新挑戰(zhàn)；另一方面由于碳化硅是一種陶瓷材料，在光學(xué)粗拋光后表面有細(xì)微缺陷、影響反射率等光學(xué)性能，需要通過后續(xù)工藝改進(jìn)表面特性。

采用磁流變拋光加工4米反射鏡

為突破4米大口徑加工，長春光機(jī)所運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形（CCOS）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(shí)采用擺臂輪廓儀檢測(cè)、光學(xué)零位補(bǔ)償干涉測(cè)量等先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)4米反射鏡的原位檢測(cè)。最終，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。

鍍膜前的準(zhǔn)備

在鏡面材料缺陷改性方面，采用等離子輔助低溫物理氣相沉積（PIAD）方法，在碳化硅反射鏡表面鍍制Si改性層，然后進(jìn)行面形精加工后，最終在4米反射鏡表面鍍制反射增強(qiáng)膜，使其反射率最終達(dá)到光學(xué)系統(tǒng)要求。

不改性直接拋光的表面與改性后拋光表面的顯微照片對(duì)比

自主研發(fā)裝備，全面掌握核心技術(shù)

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)。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)目完成了三個(gè)子系統(tǒng)、十余套加工檢測(cè)設(shè)備研制，全部自主掌握知識(shí)產(chǎn)權(quán)。其中4米量級(jí)反應(yīng)燒結(jié)爐、FSGJ-4型非球面數(shù)控光學(xué)加工中心、4米量級(jí)大型磁控濺射鍍膜機(jī)三套核心裝備達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

4米量級(jí)反應(yīng)燒結(jié)爐

4米量級(jí)大型磁控濺射鍍膜機(jī)

結(jié)語

高精度大口徑離軸非球面反射鏡的制造技術(shù)是高性能光學(xué)系統(tǒng)的核心關(guān)鍵技術(shù)，也是促進(jìn)高分辨率空間對(duì)地觀測(cè)、深空探測(cè)和天文觀測(cè)等領(lǐng)域發(fā)展的支撐技術(shù)。

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