【觀察者網(wǎng) 綜合報(bào)道】

大口徑光學(xué)反射鏡是高分辨率空間對(duì)地觀測(cè)、深空探測(cè)和天文觀測(cè)系統(tǒng)的核心元件，其制造技術(shù)水平是衡量一個(gè)國(guó)家高性能光學(xué)系統(tǒng)研制水平的重要標(biāo)志，對(duì)國(guó)防安全、國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、基礎(chǔ)科研能力和減災(zāi)具有重要意義。

新華社8月21日?qǐng)?bào)道，探索9年、經(jīng)18個(gè)月加工“打磨”，一塊直徑4米、重達(dá)1.6噸的“大鏡子”當(dāng)天在中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)春光機(jī)所”）通過(guò)項(xiàng)目驗(yàn)收。這是國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目“4米量級(jí)高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”的最新成果。

這不僅標(biāo)志著我國(guó)光學(xué)系統(tǒng)先進(jìn)制造能力達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，也為我國(guó)大口徑光電裝備跨越升級(jí)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

最大單體碳化硅反射鏡

據(jù)了解，長(zhǎng)春光機(jī)所于今年7月完成了4.03米大口徑碳化硅反射鏡研制，它也是目前為止世界上口徑最大的單體碳化硅反射鏡。

站在4米碳化硅反射鏡旁邊，頓時(shí)感覺自己很渺小。反射鏡像一個(gè)巨大的圓環(huán)形圓盤，鏡面在燈光的照射下閃閃發(fā)亮。

據(jù)介紹，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。也就是說(shuō)，反射鏡口徑越大，望遠(yuǎn)鏡越能看得更遠(yuǎn)更清晰，在對(duì)地觀測(cè)、深空探測(cè)和天文觀測(cè)方面都有重要的意義。如果把這只“瞳孔”裝到望遠(yuǎn)鏡里，將極大的提升望遠(yuǎn)鏡的分辨率。

《文匯報(bào)》稱，未來(lái)地面上，將會(huì)懸起一面面中國(guó)制造的4米碳化硅巨鏡，它們將肩負(fù)起采集百億光年外的宇宙信號(hào)、監(jiān)測(cè)近地空間每塊微小碎片的重任。

不過(guò)，反射鏡口徑越大，光學(xué)材料和光學(xué)加工的難度也呈幾何級(jí)上升：當(dāng)口徑超過(guò)一定量級(jí)時(shí)，會(huì)對(duì)光學(xué)材料和光學(xué)加工均帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。

微信公號(hào)“中國(guó)科普博覽”刊文稱，為了保證望遠(yuǎn)鏡的分辨率和成像質(zhì)量，光學(xué)系統(tǒng)對(duì)反射鏡的面型精度有著苛刻的要求。對(duì)于大口徑光學(xué)系統(tǒng)而言，這種精度要求不會(huì)隨著口徑的增大而降低。以可見光波段觀測(cè)的為例，面型精度要求至少在三十分之一以上波長(zhǎng)（λ/30，RMS值優(yōu)于20nm），這就好比將4米反射鏡放大到北京市大小，進(jìn)行土地平整，土地平整度要小于1毫米。如此高的面形精度，對(duì)于反射鏡鏡坯材料和光學(xué)加工技術(shù)都提出了苛刻要求。

3步 “煉”就4米的“大眼睛”

微信公號(hào)“科學(xué)大院”刊文稱，大口徑光學(xué)反射鏡的制造難度主要集中在反射鏡鏡坯制造、反射鏡光學(xué)加工等制造工藝環(huán)節(jié)。

制造碳化硅反射鏡的第一步，就是將碳化硅粉末燒制成整體的反射鏡鏡坯。4米碳化硅反射鏡絕不僅僅是看著美麗，要想能夠?qū)嶋H工程化應(yīng)用，必須達(dá)到并保持極高面形精度（RMS值優(yōu)于20nm），而這種高精度面形的保持正是依賴于反射鏡“強(qiáng)健的筋骨”——碳化硅陶瓷鏡坯。

國(guó)際上常用的反射鏡基體材料有石英玻璃、微晶玻璃、碳化硅、金屬鈹，以及碳纖維/碳化硅復(fù)合材料等。與其他材料相比，碳化硅具有更大的比剛度（E/ρ）和熱穩(wěn)定性(λ/α)，這意味著實(shí)現(xiàn)同樣的光學(xué)口徑和精度要求時(shí)，碳化硅反射鏡具有更小的重量和更優(yōu)的熱穩(wěn)定性，因此碳化硅也成為大口徑反射鏡鏡坯材料中的佼佼者。

不同反射鏡材料的性能對(duì)比