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國家重大科研裝備研制項目“4m量級高精度SiC非球面反射鏡集成制造系統”通過驗收
2018-08-22 光學技術中心
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  2018821日,中科院條件保障與財務局在長春組織了“4m量級高精度SiC非球面反射鏡集成制造系統項目驗收會。中科院條財局局長鄭曉年、院機關相關部門、驗收專家組、用戶代表、項目監理組、項目研發團隊等五十余人參加了驗收會議。 

  由中國科學院長春光學精密機械與物理研究所(以下簡稱中科院長春光機所)承擔的國家重大科研裝備研制項目“4m量級高精度SiC非球面反射鏡集成制造系統通過項目驗收。中科院長春光機所完成了直徑4.03米口徑(公開報道最大口徑)高精度碳化硅(SiC)非球面反射鏡制造,其核心制造設備以及制造工藝具有完全自主知識產權。該項目的成功研制標志著我國大口徑碳化硅非球面光學反射鏡制造領域的技術水平已經躋身國際先進行列。 

  制造業是國民經濟的主體,是科技創新的主戰場。改革開放以來,我國制造業持續快速發展,有力地推動了工業化進程,顯著增強了綜合國力。近年來,創造未來的科技發展新趨勢顛覆性技術層出不窮,將要催生產業重大變革,成為社會生產力新飛躍的突破口。 

  大口徑高精度非球面光學反射鏡是高分辨率空間對地觀測、深空探測和天文觀測系統的核心元件,其制造技術水平對一個國家的國防安全、國民經濟建設、基礎科研能力具有重要意義,也是衡量一個國家高性能光學系統的研制水平的重要標志。 

  碳化硅陶瓷材料是國際光學界公認的高穩定性光學反射鏡材料,采用碳化硅材料可大幅提高大口徑成像系統的性能。歐美國家在大口徑碳化硅光學反射鏡制造技術方面長期處于壟斷地位,我國大口徑光學制造技術與世界先進水平存在較大差距,發展大口徑碳化硅光學制造技術迫在眉睫。 

  面向國家對大型光學儀器的戰略需求,迫切需要研制具有自主知識產權的“4m量級高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統2009年底,在中科院和財政部的策劃支持下,中科院長春光機所啟動“4m量級高精度SiC非球面反射鏡集成制造系統項目,自主研制大口徑高精度非球面反射鏡制造系統,占領國際高端制造領域的制高點,通過項目前瞻布局必將牽引和帶動國家一系列相關技術發展,項目研究具有重要的科學價值和明確的應用背景,符合《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》發展思路。 

  中科院長春光機所在項目負責人張學軍研究員的帶領下,項目研發團隊歷經八年技術攻關,完成了碳化硅鏡坯制備、非球面加工檢測、碳化硅表面改性鍍膜的制造設備研制與制造工藝研究,形成了具有自主知識產權的“4m量級高精度碳化硅非球面集成制造平臺”,并依托集成制造平臺完成4m量級高精度碳化硅非球面產品研制。 

  大口徑高精度碳化硅非球面反射鏡制造難度極大。其主要關鍵技術瓶頸在于碳化硅材料制備、非球面加工檢測以及高性能改性鍍膜三個方面。 

  在碳化硅材料制備技術方面:由于大口徑碳化硅鏡坯的制備過程伴隨著復雜的物理相變和化學反應,因此,在此前相當長一段時間內,國際上公認1.5米是單體碳化硅反射鏡的極限口徑。項目研發團隊經歷數百次實驗探索與工藝驗證,刻苦攻關,突破了系列鏡坯制備關鍵技術,建立了大口徑碳化硅鏡坯制造平臺,并先后研制成功2米、3米單體碳化硅鏡坯、4米口徑整體碳化硅鏡坯(公開報道最大口徑),標志著我國已經實現了大口徑碳化硅光學材料已經實現自主可控。 

  在大口徑碳化硅非球面加工檢測技術方面:在國內首次研制成功適用于大口徑碳化硅高精度制造的非球面數控加工中心,突破大口徑碳化硅非球面高精度高效加工技術瓶頸,并解決了系列制約大口徑非球面高精度檢測的關鍵問題。完成了4m量級碳化硅非球面高精度加工,加工精度優于20nmRMS值),全面實現4m量級碳化硅高精度加工與檢測技術自主可控。 

  在大口徑碳化硅改性鍍膜技術方面:項目研發團隊首次研制成功SiC反射鏡改性與反射膜鍍制一體化設備,具備4m量級反射鏡改性與鍍膜能力。結合濺射工藝探索,攻克了改性層應力控制、缺陷縮減、均勻性優化等技術難題,首次應用磁控濺射技術完成4m量級碳化硅表面改性,滿足高質量光學表面的拋光需求;通過磁控濺射工藝多參數組合優化,實現4m碳化硅反射鏡表面高反射率薄膜鍍制,可見至長波紅外全譜段反射率優于95% 

  “4m量級高精度SiC非球面反射鏡集成制造系統的成功研制,打破了國外在大口徑非球面制造技術的壟斷地位,形成了具備自主知識產權的4m量級大口徑反射鏡研制能力,填補了多項國內空白,大幅提升了我國在高性能大型光學儀器的研制水平,具有明顯的直接經濟與社會效益。 

    驗收專家組對項目的完成給予了高度評價,認為:項目組完成了4m量級高精度SiC非球面反射鏡集成制造系統的研制工作,所有技術指標均達到或優于項目批復的實施方案規定的考核指標要求,系統性能國際領先。該項目是我國在大口徑光學制造領域的重大技術突破,形成了大口徑系列反射鏡研制能力。1.5m口徑和2m口徑SiC反射鏡已成功應用于國家重大型號任務,4m口徑SiC反射鏡工程產品即將應用于國家地基大型光電系統,也為空間大口徑光學系統的研制解決了核心技術難題。

    項目的研究成果將應用于國家一系列重大工程項目,對我國的基礎科研、防災減災、公共安全、國家安全等領域具有重要戰略意義。

4m口徑高精度碳化硅非球面反射鏡

 攝影:張譯心

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