2018年8月21日，“4m量級高精度SiC非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”項目通過驗收。

由中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所（以下簡稱中科院長春光機所）承擔(dān)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(tǒng)”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(shè)備以及制造工藝具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。該項目的成功研制標(biāo)志著我國大口徑碳化硅非球面光學(xué)反射鏡制造領(lǐng)域的技術(shù)水平已經(jīng)躋身國際先進(jìn)行列。

制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，是科技創(chuàng)新的主戰(zhàn)場。改革開放以來，我國制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，有力地推動了工業(yè)化進(jìn)程，顯著增強了綜合國力。近年來，創(chuàng)造未來的科技發(fā)展新趨勢顛覆性技術(shù)層出不窮，將要催生產(chǎn)業(yè)重大變革，成為社會生產(chǎn)力新飛躍的突破口。

大口徑高精度非球面光學(xué)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(tǒng)的核心元件，其制造技術(shù)水平對一個國家的國防安全、國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、基礎(chǔ)科研能力具有重要意義，也是衡量一個國家高性能光學(xué)系統(tǒng)的研制水平的重要標(biāo)志。

碳化硅陶瓷材料是國際光學(xué)界公認(rèn)的高穩(wěn)定性光學(xué)反射鏡材料，采用碳化硅材料可大幅提高大口徑成像系統(tǒng)的性能。歐美國家在大口徑碳化硅光學(xué)反射鏡制造技術(shù)方面長期處于壟斷地位，我國大口徑光學(xué)制造技術(shù)與世界先進(jìn)水平存在較大差距，發(fā)展大口徑碳化硅光學(xué)制造技術(shù)迫在眉睫。

面向國家對大型光學(xué)儀器的戰(zhàn)略需求，迫切需要研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“4m量級高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”，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(tǒng)”項目，自主研制大口徑高精度非球面反射鏡制造系統(tǒng)，占領(lǐng)國際高端制造領(lǐng)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(guān)技術(shù)發(fā)展，項目研究具有重要的科學(xué)價值和明確的應(yīng)用背景，符合《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》發(fā)展思路。

中科院長春光機所在項目負(fù)責(zé)人張學(xué)軍研究員的帶領(lǐng)下，項目研發(fā)團(tuán)隊歷經(jīng)八年技術(shù)攻關(guān)，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(shè)備研制與制造工藝研究，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)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(chǎn)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(guān)鍵技術(shù)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(shù)方面：由于大口徑碳化硅鏡坯的制備過程伴隨著復(fù)雜的物理相變和化學(xué)反應(yīng)，因此，在此前相當(dāng)長一段時間內(nèi)，國際上公認(rèn)1.5米是單體碳化硅反射鏡的極限口徑。項目研發(fā)團(tuán)隊經(jīng)歷數(shù)百次實驗探索與工藝驗證，刻苦攻關(guān)，突破了系列鏡坯制備關(guān)鍵技術(shù)，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(biāo)志著我國已經(jīng)實現(xiàn)了大口徑碳化硅光學(xué)材料已經(jīng)實現(xiàn)自主可控。

在大口徑碳化硅非球面加工檢測技術(shù)方面：在國內(nèi)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(shù)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(shù)瓶頸，并解決了系列制約大口徑非球面高精度檢測的關(guān)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(yōu)于20nm（RMS值），全面實現(xiàn)4m量級碳化硅高精度加工與檢測技術(shù)自主可控。

在大口徑碳化硅改性鍍膜技術(shù)方面：項目研發(fā)團(tuán)隊首次研制成功SiC反射鏡改性與反射膜鍍制一體化設(shè)備，具備4m量級反射鏡改性與鍍膜能力。結(jié)合濺射工藝探索，攻克了改性層應(yīng)力控制、缺陷縮減、均勻性優(yōu)化等技術(shù)難題，首次應(yīng)用磁控濺射技術(shù)完成4m量級碳化硅表面改性，滿足高質(zhì)量光學(xué)表面的拋光需求；通過磁控濺射工藝多參數(shù)組合優(yōu)化，實現(xiàn)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(yōu)于95%。

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

由清華大學(xué)金國藩院士擔(dān)任組長，其他6名院士以及來自載人航天辦公室、高校專家組成的驗收組對項目的完成給予了高度評價，認(rèn)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(tǒng)的研制工作，所有技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于項目批復(fù)的實施方案規(guī)定的考核指標(biāo)要求，系統(tǒng)性能國際領(lǐng)先。該項目是我國在大口徑光學(xué)制造領(lǐng)域的重大技術(shù)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(yīng)用于國家重大型號任務(wù)，4m口徑SiC反射鏡工程產(chǎn)品即將應(yīng)用于國家地基大型光電系統(tǒng)，也為空間大口徑光學(xué)系統(tǒng)的研制解決了核心技術(shù)難題。

項目的研究成果將應(yīng)用于國家一系列重大工程項目，對我國的基礎(chǔ)科研、防災(zāi)減災(zāi)、公共安全、國家安全等領(lǐng)域具有重要戰(zhàn)略意義。

4m口徑高精度碳化硅非球面反射鏡 攝影：張譯心