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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。 

  由中國科學院长春光学精密机械与物理研究所(以下简称中科院长春光机所)承担的国家重大科研装备研制项目“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)高精度碳化矽(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産權。該項目的成功研制標志著我國大口徑碳化矽非球面光學反射鏡制造領域的技術水平已經跻身國際先進行列。 

  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,將要催生産業重大變革,成爲社會生産力新飛躍的突破口。 

  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。 

  碳化矽陶瓷材料是國際光學界公認的高穩定性光學反射鏡材料,采用碳化矽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矽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,發展大口徑碳化矽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産權的“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,中科院長春光機所啓動“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,項目研發團隊曆經八年技術攻關,完成了碳化矽鏡坯制備、非球面加工檢測、碳化矽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産權的“4m量級高精度碳化硅非球面集成制造平台”,并依托集成制造平台完成4m量級高精度碳化硅非球面产品研制。 

  大口徑高精度碳化矽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矽材料制備、非球面加工檢測以及高性能改性鍍膜三個方面。 

  在碳化矽材料制備技術方面:由于大口徑碳化矽鏡坯的制備過程伴隨著複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米是單體碳化矽反射鏡的極限口徑。項目研發團隊經曆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,建立了大口徑碳化矽鏡坯制造平台,並先後研制成功2米、3米單體碳化矽鏡坯、4米口徑整體碳化矽鏡坯(公開報道最大口徑),標志著我國已經實現了大口徑碳化矽光學材料已經實現自主可控。 

  在大口徑碳化矽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矽高精度制造的非球面數控加工中心,突破大口徑碳化矽非球面高精度高效加工技術瓶頸,並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量級碳化矽非球面高精度加工,加工精度優于20nmRMS值),全面實現4m量級碳化矽高精度加工與檢測技術自主可控。 

  在大口徑碳化矽改性鍍膜技術方面: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量級碳化矽表面改性,滿足高質量光學表面的抛光需求;通過磁控濺射工藝多參數組合優化,實現4m碳化矽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産權的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。 

    验收专家组对项目的完成给予了高度评价,认为:项目组完成了4m量級高精度SiC非球面反射鏡集成制造系統的研制工作,所有技术指标均达到或优于项目批复的实施方案规定的考核指标要求,系统性能国际领先。该项目是我国在大口径光学制造领域的重大技术突破,形成了大口径系列反射镜研制能力。1.5m口径和2m口径SiC反射镜已成功应用于国家重大型号任务,4m口径SiC反射镜工程产品即将应用于国家地基大型光电系统,也为空间大口径光学系统的研制解决了核心技术难题。

    项目的研究成果将应用于国家一系列重大工程项目,对我国的基础科研、防灾减灾、公共安全、国家安全等领域具有重要战略意义。

4m口徑高精度碳化矽非球面反射鏡

 攝影:張譯心

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