如果把光学望远镜比作人类的“千里眼”,那么其中的主反射镜就是“角膜”。镜子的口径越大,看得就越远、越清晰。一块4米口径的反射镜,装在几百公里高的太空,甚至能清晰看到地面汽车的天窗和后视镜。
然而,这种米级以上的大口径反射镜,长期以来被各国视为战略物资,想买?根本买不到。
“买不到又必须用,把我们逼上了自主创新这条路。”面对国外长达40年的垄断,长春光机所下定决心,不给?那就自己造!
2009年,国家重大科研装备研制项目正式启动,投入1.96亿元,目标是制造一块4米碳化硅反射镜。要知道,当时世界上应用于可见光望远镜的碳化硅反射镜最大口径也才1.5米量级。这不仅仅是填补空白,更是要直接挑战全球之最!
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所有人都明白,在技术、装备、经验几乎为零的情况下,这无异于啃一块国际上都没人啃下的“硬骨头”。难度有多大?单说精度,4米反射镜的面型精度要求不超过20纳米。
这是什么概念?相当于把整个北京五环内的地面,平整到高低起伏不超过1毫米!
制造这种镜子,第一步是制备镜坯。团队采用了一种类似做“果冻”的技术,先把碳化硅粉末凝胶成型,再进行一系列复杂的烧结。
然而,2012年,第一块4米镜坯刚出炉,还没来得及让人看一眼,就被下令砸了!因为它出现了较大的裂纹。为了找到问题所在,5个小伙子整整砸了一天半,在漫天粉尘中找出了裂纹的具体位置。
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从2010年到2016年,团队一共进行了5次4米镜坯制备试验,失败远比成功多。直到第5次,完美的镜坯才终于研制成功。
如今,在长春光机所的花园里,还留着2015年研制的第4块镜坯,它已经成了一处地标景观,镜前婆娑的树影依然能纤毫毕见。
镜坯有了,接下来是堪称“极致”的打磨。传统的加工技术效率太低,加工一块4米镜子可能需要64个月。团队决定冒险采用当时还不成熟的磁流变抛光技术。
这是一场“背水一战”,因为之前向国外订购的2米镜片,在临交货时对方却以“许可证过期”为由拒绝供货,这彻底激发了科研人员的最大斗志。
他们不分昼夜地攻关,最终将2米镜片打磨成功,这也为后续4米镜片的加工积累了宝贵经验。
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最后的“点睛之笔”是镀膜,只有镀上反射膜,这块黑乎乎的“出土文物”才能变成明眸善睐的镜子。然而,最初的膜层要么像放烟花一样往上蹦,要么形成一条条“小裂谷”成片翘起,不到一个小时就掉得干干净净。经过半年多的反复实验,团队才最终攻克难关。
2018年8月,这块直径4.03米、面形精度优于15.2纳米的碳化硅反射镜正式通过验收,整体达到国际领先水平。从0.7米到4.03米,长春光机所用10年时间,硬生生捅穿了欧美的技术壁垒。
如今,碳化硅反射镜的“千里眼”,主人换了,未来的星辰大海,将由中国来观测。
你认为,这项技术的突破,对我们未来的深空探索意味着什么?欢迎在评论区聊聊。
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