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[其他主题] 长春光机所4米级大口径光电设备制造技术取得阶段性成果

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supsauce 发表于 2018-8-25 03:06 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
QGP! 发表于 2018-8-24 21:10
还是发展光子筛更好

薄膜的问题是光谱巨窄,只能做一部分任务
QGP! 发表于 2018-8-25 14:33 | 显示全部楼层
supsauce 发表于 2018-8-25 03:06
薄膜的问题是光谱巨窄,只能做一部分任务

只要能完成它需要完成的就行了。
ssizz 发表于 2019-3-28 11:53 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
http://www.chinanews.com/wap/detail/zw/gn/2019/03-28/8792606.shtml
4.03米口径碳化硅反射镜,让宇宙更清晰
科技日报 | 2019-03-28 02:50:53
  4.03米口径碳化硅反射镜,让宇宙更清晰

  把“命门”掌握在自己手中

  马维维 周立勋


  电影《流浪地球》热映,带动了大家对宇宙天体的关注,太空“火了”。在影片开头,航天员刘培强带着儿子刘启,一起用100mm口径的天文望远镜观测,木星的四颗卫星清晰可辨。

  反射镜是高性能光学系统的核心。中科院长春光机所副所长张学军介绍说:“如果把望远镜比作观测太空的‘眼睛’,那么反射镜就是眼睛的‘晶状体’。晶状体越大,眼睛的空间分辨率也就越高,能够观测到天体更多的细节。”

  2018年8月,中科院长春光机所完成4.03米大口径碳化硅反射镜研制并通过验收,这是公开报道过的世界上最大口径碳化硅单体反射镜。由此,我国光学系统制造能力跻身国际先进水平,终于不再受制于人。

  曾经我们只能“近视”

  自1609年伽利略发明天文望远镜以来,无论是从地面仰望星空,还是从空间俯瞰大地、纵观寰宇,想要使望远镜的观测能力不断提升,都离不开一个关键——口径。

  大望远镜装备对反射镜口径的需求没有上限,其上限取决于制造加工能力。对于口径的“实力”,张学军举例,大名鼎鼎的哈勃太空望远镜口径是2.4米,最远可以观测到距离地球134亿光年的宇宙深处;先进光电望远镜口径3.67米,成功观测到美国哥伦比亚号航天飞机事故的症结所在。

  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,那时载人航天刚刚起步,急需大口径反射镜。张学军回忆道:“当时欧美都不卖,最后从俄罗斯进口了0.6米直径的反射镜。”

  这也是一直卡住我们脖子的问题——在技术封锁下,我国只能使用直径1米以下的“小镜子”。“我们也曾尝试向欧美国家购买大口径光学反射镜,不过被他们以‘战略物资’为由拒绝了。”张学军透露。

  发展大口径碳化硅光学制造技术迫在眉睫。

  “国家需求很大,我们没有退路,必须把这条路走通。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。核心技术买不来,一定要走自主研发的道路!”张学军说。

  四砸失败镜坯

  买不到又必须用,把长春光机所逼上了自主创新这条路。

  为了解决技术瓶颈,长春光机所选择了一条与国外不同的技术路线——选用碳化硅作为反射镜材料。碳化硅是制造反射镜的理想材料,其比刚度是玻璃的4倍,同样厚度下,抗变形能力比玻璃强4倍。“但其制备难度极高,所以并不被国际同行看好。”张学军坦言。

  2009年底,长春光机所正式启动“4米量级高精度碳化硅非球面反射镜集成制造系统”项目,开始自主研制大口径高精度非球面反射镜制造系统。

  4米碳化硅反射镜绝不仅仅是看着炫目,要想能够实际应用,必须依赖于碳化硅陶瓷镜坯。所以制造碳化硅反射镜的第一个难题,就是将碳化硅粉末烧制成整体的反射镜镜坯。张学军说:“用碳化硅烧制的陶瓷,口径一旦增大,就容易出现内部缺陷而导致开裂,一度被认为无法突破的口径极限是1.5米。”

  由于没有经验,第一块镜坯毫无疑问地失败了。还没等张学军看见全貌,团队已经将其敲碎,用破碎的颗粒研究失败原因,张学军说:“在数百个工艺环节中,每一个细小的失误都有可能导致研制失败。”

  项目团队顶着巨大压力,反复试验探索与工艺验证,先后突破了消失模制作、凝胶注模成型、无应力反应连接等一系列镜坯制备关键技术,2米、2.4米、3米单体碳化硅镜坯相继研制成功。

  在经历了4次失败后,2016年,具有自主知识产权、4.03米碳化硅反射镜坯终于新鲜出炉了。“一次烧结需要五六个月,再加上前期准备,整个过程要1年,5次就是5年。这是一个漫长的过程。”

  由“卡片机”变“单反”

  镜坯制造完成后,接下来就是漫长的加工流程。“为了保证成像质量,光学系统对反射镜的面型精度有着苛刻的要求:优于20纳米。”张学军打了个比方,这就像对北京市的土地进行平整,要求平整度误差小于1毫米。

  伴随着成功而来的,是接踵而至的难题:碳化硅硬度仅次于金刚石,其磨削抛光至纳米表面精度难度极大。从镜坯转变为反射镜,需要靠光学加工、改性和镀膜,不仅国内现有的光学加工设备无法满足要求,国际上也没有可引进的此类装备。

  怎么办?自己干!

  张学军介绍,长春光机所研制出适用于大口径碳化硅高精度制造的非球面数控加工中心,采用应力盘抛光、磁流变抛光等组合加工技术,在反射镜表面镀制和碳化硅相近的硅改性层,在此基础上进行精抛光,来达到非球面的制造精度、提升加工效率,实现了加工与检测技术自主可控。张学军说:“反射面镀膜的反射率达到95%以上,整体指标达到望远系统的要求,这相当于太空探测拍摄的图片质量,由‘卡片机’升级到加了一个高质量成像镜头的‘单反相机’。”

  至此,碳化硅粉末终于变成了直径4.03米、重达1.6吨,高刚度、高面形精度的“大镜子”。

  “仅掌握4米反射镜制造工艺,并不算掌握自主核心技术。”张学军说,围绕着大口径反射镜制造的工艺路线,一整套完整的、具有完全自主知识产权的加工、检测装备也同步开发完成,大口径反射镜制造的全部核心技术已经真正掌握在自己手中。

责任编辑:左盛丹

jnjn9988 发表于 2019-3-28 15:03 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
相对镜子本身,其背后的工装、检材、工艺价值更高。
北极企鹅 发表于 2019-3-28 16:00 | 显示全部楼层
跑个题:如果弄成4m口径折射式望远镜,观测效果比反射式的会不会好一点?
临时扫地僧 发表于 2019-3-28 16:13 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2019-3-28 11:53
http://www.chinanews.com/wap/detail/zw/gn/2019/03-28/8792606.shtml
4.03米口径碳化硅反射镜,让宇宙更 ...

不是去年8月就验收了吗?这次报道有什么新进展?
宋凯儒Kerry 发表于 2019-3-29 12:00 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
北极企鹅 发表于 2019-3-28 16:00
跑个题:如果弄成4m口径折射式望远镜,观测效果比反射式的会不会好一点?

折射要考虑色差的问题
spacedog 发表于 2019-3-31 11:45 | 显示全部楼层
北极企鹅 发表于 2019-3-28 16:00
跑个题:如果弄成4m口径折射式望远镜,观测效果比反射式的会不会好一点?

折射镜必须要用高透明度高洁净率的材料,碳化硅一般是不透明的,只能用做反射镜吧
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北极企鹅 发表于 2019-3-31 20:52 | 显示全部楼层
spacedog 发表于 2019-3-31 11:45
折射镜必须要用高透明度高洁净率的材料,碳化硅一般是不透明的,只能用做反射镜吧

透镜肯定要用光学玻璃的啊,我只是说透镜做成4米直径是不是比反射镜成像效果好。
不过重量感人
碳化硅我家门口就有一块,磨刀的
东方红 发表于 2019-3-31 21:03 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
北极企鹅 发表于 2019-3-31 20:52
透镜肯定要用光学玻璃的啊,我只是说透镜做成4米直径是不是比反射镜成像效果好。
不过重量感人
碳化硅 ...

由于不同色光折射率有微小不同,透镜折射后的光线有色散现象,边缘有彩虹般的光晕,会严重影响高分辨率相机成像效果。
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supsauce 发表于 2019-4-1 12:31 | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2019-3-28 11:53
http://www.chinanews.com/wap/detail/zw/gn/2019/03-28/8792606.shtml
4.03米口径碳化硅反射镜,让宇宙更 ...

碳化硅的主要问题不是制备难度而是温度敏感性吧
sueread 发表于 2019-4-2 13:27 | 显示全部楼层
2.5米分辨率的同步轨道遥感卫星是不是要用到这个?
hyperion 发表于 2019-4-2 23:45 | 显示全部楼层
sueread 发表于 2019-4-2 13:27
2.5米分辨率的同步轨道遥感卫星是不是要用到这个?

4m孔径在GEO轨道理论上最多只能实现5~7m分辨率。想要获得2.5m分辨率,起码得10m孔径吧?
sueread 发表于 2019-4-3 08:55 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
zhh894217 发表于 2016-10-26 23:17
没有啊,2.4米的镜子是2013年做的,4米的是2016年成的

请问4米的镜胚是1.6吨重,做成镜子后有多重呢?
sueread 发表于 2019-4-3 09:08 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2019-4-2 23:45
4m孔径在GEO轨道理论上最多只能实现5~7m分辨率。想要获得2.5m分辨率,起码得10m孔径吧?

我忘记在哪里看到的一篇报道了,去年下半年看的,说是我国下一代的地球同步遥感卫星是2.5米分辨率的。这个4.2米的眼角膜,如果装在卫星上,长5都打不了,估计要等到2030年用长9来打,暂时来看这个愿景,说了也是白说,如果用东5的平台做一颗卫星,能达到这个指标就好了。
北极企鹅 发表于 2019-4-23 11:26 | 显示全部楼层
花钱找马一龙打吧,等也不是办法
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ssizz 发表于 2019-10-26 11:55 | 显示全部楼层
中国空间科学学会科技奖为首次设立,主要奖励在空间科学领域科学研究、技术创新方面取得突出成果或作出突出贡献的个人。中国科学院紫金山天文台研究员、“悟空号”暗物质粒子探测卫星首席科学家常进,中科院长春光学精密机械与物理研究所研究员张学军,分别获得首届中国空间科学学会科学奖和技术奖。

  常进提出的高能电子和伽玛射线探测新方法,已应用于国际探测实践和中国首颗天文卫星“悟空号”,“悟空号”卫星成功在轨运行以来,获得目前世界上最精确的TeV电子宇宙射线能谱。张学军长期从事光学系统先进制造技术及其在大型光电设备中的工程化应用研究,为推动中国光学系统先进制造技术跨越式发展、大幅提升大型空间光学观测设备等方面作出突出贡献。http://www.chinanews.com/gn/2019/10-26/8990011.shtml

http://www.ciomp.cas.cn/yjdw/jcqn/

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张学军
  张学军,男,1968年9月生,汉族,吉林长春人。现任光机所副所长,研究员,博士研究生导师。
  1990毕业于吉林工业大学(现吉林大学),1997年在长春光机所获得理学博士,后赴美国亚利桑那大学光学中心做访问学者。归国后一直从事空间光学系统先进制造技术方面的研究,相关研究成果曾获2011年度国家科技进步二等奖(排名第一)、2013年度国家技术发明二等奖(排名第三)、2008年度国家技术发明二等奖(排名第三)、1999年度国家科技进步二等奖(排名第三)、2014年度吉林省科技进步一等奖(排名第一)、2012年度国防技术发明一等奖(排名第三)。申请发明专利30项(授权10项),发表学术论文142篇,其中SCI收录15篇,EI收录95篇。
  从上世纪90年代开始张学军一直从事空间光学系统超精加工与检测方面的研究工作,归国后积极投身先进光学制造技术研究,在大口径光学加工、检测等方面做出了一系列开创性工作,成果主要体现在两个方面:一是突破、发展了大口径非球面高精度加工设备、工艺及复合检测技术。研制成功了具有自主知识产权的四代大口径非球面加工中心,技术指标与见诸报道的国际最高水平相当,使我国成为了继美、法之后第三个具备大口径空间反射镜系统制造能力的国家。二是突破了以离轴三反系统为代表的新型光学系统工程化应用的技术瓶颈,推动了我国空间对地遥感新技术体制的建立。多个型号空间相机以及背景预研项目均采用了可同时实现长焦距与大视场的离轴三反光学系统形式,其中8台相机已经在轨服役,全部满足用户使用要求,部分指标为当前国际最高水平。


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望月凝香 发表于 2019-10-29 03:25 | 显示全部楼层
东方红 发表于 2019-3-31 21:03
由于不同色光折射率有微小不同,透镜折射后的光线有色散现象,边缘有彩虹般的光晕,会严重影响高分辨率相 ...

可以采用复消色散技术,但是对装配要求就高很多了。
Batty_Stuka 发表于 2019-10-29 10:03 | 显示全部楼层
北极企鹅 发表于 2019-3-28 16:00
跑个题:如果弄成4m口径折射式望远镜,观测效果比反射式的会不会好一点?

不可能的,原理限制,折射式望远镜势必有很长的镜筒,地面上最大的折射式天文望远镜口径也才1米,长度已经超过18米了,重量就不说了,这基本已经是折射镜的极限了,消色散的问题另说,光打不打的上去都是问题
supsauce 发表于 2019-10-29 10:07 | 显示全部楼层
Batty_Stuka 发表于 2019-10-29 10:03
不可能的,原理限制,折射式望远镜势必有很长的镜筒,地面上最大的折射式天文望远镜口径也才1米,长度已 ...

对太空望远镜来说长度问题没有地面那么困难,因为不需要支撑,可以在轨展开/组装
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