中国将直径4米镜子送上太空 美国航母行踪将暴露无遗
2020-04-10 

项目完成的4.03米口径高精度碳化硅非球面反射镜是世界上最大口径单体碳化硅反射镜,其研制成功意味着中国大口径碳化硅非球面光学反射镜制造领域跻身国际一流水平,中国在大口径光学反射镜制造技术方面已实现跨越发展,将大幅提升中国高端大型光学仪器研制水平。

  那么,对天文观测而言,更大的口径天文望远镜意味着什么?反射镜晶体有不同的材料可供选择,它们各有什么优缺点?镀膜技术对于提高观测效率有什么帮助?不同的观测需求对反射镜制造提出了哪些要求?科技日报记者就此采访了相关专家。

上图为碳化硅毛坯料,虽然看着不反射但是内部却是晶莹剔透,对于碳化硅的纯度要求非常高,杂质越少品质也就越好那么反射效果也就越好,自然卫星的侦察精度和清晰度也就越高当然直径也很重要。不过这还不是成品,还得经过初步铣磨后的表面状态,后面还要经历研磨、抛光、表面改性、精抛光和镀膜等关键技术过程,经历研磨、抛光、表面改性、精抛光和镀膜等过程后,高精度碳化硅非球面反射镜就完成了。

  我国镀膜技术水平如何?白华介绍,南京天文光学技术研究所在高反膜研制方面走在国际前列,设计并镀制出紫外增强性银膜和金膜,在340纳米—1500纳米的波段范围内,平均反射率可达98%。这项技术已成功应用在郭守敬望远镜(LAMOST)光谱仪中。对于单片折射镜片,在较宽波段,光线透过率也可达到90%以上。

图:侦察卫星,碳化硅反射镜面早已经是基本配置了

  金属铍镜热容量大、比刚度高、重量轻,但金属铍有一定毒性,制作不易,价格也比较昂贵。美国斯必泽空间红外望远镜就采用了铍镜,詹姆斯·韦伯太空望远镜也采用铍镜。

图片 1

  对此,中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所副研究员白华给出了肯定的答案。她指出,望远镜口径越大,集光能力越强,能够观测到更暗弱的天体,而且望远镜的空间分辨率也更高,能够观测到天体更多的细节。

图:侦察卫星拍摄到的美军核潜艇制造基地

图片 2

图:新华社媒体发布的制造团队成员与反射镜坯合影

  为此,长春光机所运用计算机控制光学表面成形技术,通过采用“应力盘”抛光、磁流变抛光等组合加工技术,大幅度提高了非球面的制造精度和效率。

随着中国4米碳化硅反射镜,这不仅标志中国已经进入世界光学设备一流行列,也让中国在未来相关领域的开发和为人类和世界及发现宇宙更多秘密做出更多更大的贡献。

  工欲善其事,必先利其器。大口径天文望远镜,一直是天文学家孜孜以求的利器。

其实侦察卫星的所谓镜片就是碳化硅,但是对于纯净度要求非常高。另外直径越高也就意味着难度越高。碳化硅好处非常多,重量轻,强度在尽可能保证重量轻的前提下是光学原材料里面是最好的。

  为了保证望远镜的分辨率和成像质量,光学系统对反射镜的面型精度有着苛刻的要求,这种精度要求不会随着口径的增大而降低。

图:玻璃物镜基本原理。

  在中国科学院长春光学精密机械与物理研究所副所长张学军看来,为了提高光学望远镜的分辨率,科学家对更大口径望远镜的追求是无止境的。

而大直径的碳化硅反射镜基本是安装在同步高轨侦察卫星上面。高轨道的同步侦察卫星可以在重点区域进行长时间的蹲守,比如美国的关岛基地,就可以用同步高轨道侦察卫星长时间侦察监视美军的情况,尤其是航母舰队这类的东西,不像低轨道卫星视野太窄,要紧急移动到要侦察区域然后要慢慢找这样不仅消耗时间,能不能及时发现都是个严重的问题。

  正是基于碳化硅材料的特性,张学军带领团队另辟蹊径,经历数百次实验探索与工艺验证,突破多项镜坯制备关键技术,建立了大口径碳化硅镜坯制造平台。他们先后研制成功可用于可见光成像的2米、2.4米、3米口径单体碳化硅镜坯和4米口径整体碳化硅镜坯,后者也是目前公开报道最大口径的整体碳化硅反射镜镜坯。

上图看起很整洁很干净,这就是完成加工后的样子,其比玻璃材质的反射镜还要干净整洁,纯净度更高更清晰,这也是为什么碳化硅材质会被作为高精度侦察卫星的首选原材料原因之一。

  事实上,自1609年伽利略使用天文望远镜仰望星空以来,望远镜一直在向更大口径发展。渐渐变大的“眼睛”,使光学系统观测能力不断提升。

这个时候碳化硅反射镜好不好就决定了你发现目标的能力,同时也意味着精度是不是能够及时发现对方在做什么。碳化硅反射镜做工和工艺越好清晰度和侦察效率就越好,直径越大看到的区域和发现目标的能力也就越高。

  白华介绍,一般而言,目前用于天文观测的大望远镜的主体结构多为反射式望远镜。这主要是因为反射式望远镜口径可以做得更大,对观测波段限制更小。通常来说,镜面加工精度越高,膜层反射率越高,越有利于观测,但也要权衡用途和费用。

图:完成后期加工和工艺的成品碳化硅反射镜面

图片 3

近日,由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所承担的国家重大科研装备研制项目4米量级高精度碳化硅非球面反射镜集成制造系统在吉林长春通过项目验收。

  碳化硅镜面的优点是比刚度高、热稳定性好,但由于硬度大,导致其抛光难度大,对抛光技术要求高。美国3.5米赫歇尔空间红外望远镜采用的就是碳化硅镜坯。

可能有人问为什么不用玻璃镜片呢!很多光学设备大部分都以玻璃镜片作为基础材料。相对而言同等情况下玻璃镜片确实价格便宜,难度比较小,但问题在于卫星是要到宇宙中去,到地球轨道才行,这就要求强度要够强,重量还得轻。而最为重要的是反射镜片,玻璃反射镜最大的缺点就是在宇宙中容易受到环境影响带来的损伤和影响,尤其是宇宙中的光线,其次要面对的挑战就是减重、价格问题、强度问题这些都是玻璃反射镜片缺点。这就是为什么号称光学设备强国的日本做不出侦察卫星光学镜头的重要原因之一,碳化硅为特殊材料对于基础冶炼和高精尖的工艺和加工要求非常的高,这是日本所不具备的。当然碳化硅也有缺点就是价格太贵,这也是为什么侦察卫星会那么贵的原因之一,精度、清晰度越高价格就越贵。

  为了获得更大口径的望远镜,科学家发展出镜面拼接技术,将几块较小口径的镜片拼接在一起,协力运作,实现较大口径镜片才有的观测效果。白华介绍,这项技术使得建造8米以上的光学望远镜成为可能。

图片 4

  对观测者来说,望远镜口径自然是越大越好。可对于反射镜研制者而言,口径每提升一个量级,都意味着更大的挑战。

澳门金莎娱乐手机版,金沙国际唯一官网网址