隨著遙感技術(shù)迅猛發(fā)展,空間相機(jī)經(jīng)歷了從折射式光學(xué)系統(tǒng)發(fā)展到折反式光學(xué)系統(tǒng)再到全反射式光學(xué)系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程,從而使空間相機(jī)具有譜段寬、焦面穩(wěn)定以及重量輕等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),用戶對(duì)空間相機(jī)性能也提出了越來(lái)越高要求,主要體現(xiàn):提高相機(jī)地面分辨力、實(shí)現(xiàn)相機(jī)輕量化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鏡體一體化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)必須采用高性能反射鏡材料。
作為反射鏡材料,必須具有較低密度、較高強(qiáng)度及彈性模量、較低膨脹系數(shù)及較高導(dǎo)熱系數(shù)。對(duì)反射鏡材料研究,主要集三類材質(zhì):金屬材料、玻璃材料陶瓷材料,其碳化硅陶瓷材料具有高比剛度、較好熱化學(xué)穩(wěn)定性、較低熱變形系數(shù)且耐空間粒子輻照,通過(guò)特殊制作工藝,可以獲得輕量化結(jié)構(gòu)反射鏡鏡體,同時(shí)可取消衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)反射鏡恒溫系統(tǒng),大大減小系統(tǒng)重量。因此,碳化硅陶瓷材料被認(rèn)為現(xiàn)代空間光學(xué)系統(tǒng)所需高性能反射鏡首選材料。
從上世紀(jì)八十年代初開(kāi)始,美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、法國(guó)等空間遙感技術(shù)先進(jìn)國(guó)家開(kāi)始針對(duì)應(yīng)用于空間遙感光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域(如高能激光器反射鏡空間低溫光學(xué)反射鏡)進(jìn)行碳化硅陶瓷基反射鏡制造技術(shù)研究探索,九十年代成功制備出碳化硅陶瓷基反射鏡并空間遙感技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展了一系列實(shí)際應(yīng)用,現(xiàn)已碳化硅陶瓷材料制備、碳化硅陶瓷基鏡坯制造、研磨拋光等專項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)方面取得了較大進(jìn)展。美國(guó)宇航局采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法液硅浸滲法(LSI)制備出了直徑為600mm左右碳化硅碳/碳化硅材質(zhì)反射鏡鏡坯,經(jīng)過(guò)精拋加工,表面光潔度達(dá)到2nm,而表面密度只有7~9kg/m3。德國(guó)IABG研制出直徑為600mm具有輕量化結(jié)構(gòu)反應(yīng)燒結(jié)碳化硅鏡坯,德國(guó)KIS研制出直徑為360mm碳/碳化硅陶瓷反射鏡,經(jīng)過(guò)精拋加工,表面光潔度達(dá)到2nm,面形精度可達(dá)較高水準(zhǔn)。美國(guó)SSG公司研制出直徑為600mm碳化硅反射鏡鏡坯,主鏡重量小于6kg。法國(guó)制備直徑為352mm輕型碳化硅反射鏡質(zhì)量?jī)H為1.7Kg。
國(guó)內(nèi),國(guó)建筑材料科學(xué)研究院最早開(kāi)展了碳化硅陶瓷反射鏡研究工作。"九五"期間,承擔(dān)了國(guó)家軍工攻關(guān)計(jì)劃"高性能碳化硅陶瓷反射鏡材質(zhì)研究"項(xiàng)目,就高性能碳化硅陶瓷反射鏡材質(zhì)進(jìn)行了預(yù)先研究。"十五"期間,承擔(dān)了國(guó)家軍工攻關(guān)計(jì)劃"空間光學(xué)遙感器用SiC陶瓷反射鏡研制"項(xiàng)目,就碳化硅陶瓷反射鏡一些共性及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。
經(jīng)過(guò)"九五""十五"科技攻關(guān),國(guó)建筑材料科學(xué)研究院高性能反射鏡研制方面尤其大尺寸、復(fù)雜形狀碳化硅陶瓷反射鏡鏡坯制備技術(shù)實(shí)用化碳化硅反射鏡制備技術(shù)等方面取得了重要技術(shù)突破,攻克了高固相含量含碳陶瓷料漿制備技術(shù)含碳陶瓷料漿單體聚合困難問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了含碳陶瓷料漿凝膠注模成型技術(shù),制備出了具有輕量化結(jié)構(gòu)600mm口徑碳化硅反射鏡坯體,開(kāi)展了工程尺寸碳化硅陶瓷反射鏡制備技術(shù)研究,碳化硅反射鏡鏡坯順利通過(guò)了驗(yàn)收級(jí)振動(dòng)試驗(yàn)考核。另外,開(kāi)展了三維編織CVI C/SiC反射鏡鏡坯制備技術(shù)研究,對(duì)大尺寸C纖維預(yù)制體制備、溫度梯度強(qiáng)制流動(dòng)CVI工藝條件等開(kāi)展了工作,為制備大尺寸、具有超輕量化結(jié)構(gòu)碳化硅陶瓷反射鏡及空間相機(jī)用結(jié)構(gòu)件打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
由于高分辨率相機(jī)超輕量化相機(jī)應(yīng)用上,碳化硅陶瓷反射鏡具有明顯優(yōu)勢(shì),可以肯定地說(shuō),碳化硅陶瓷反射鏡未來(lái)高性能反射鏡國(guó)際發(fā)展主流。國(guó)內(nèi)用戶對(duì)碳化硅陶瓷反射鏡需求也日益迫切,"十一五"期間已經(jīng)提出需求口徑超過(guò)1.5m反射鏡。
但是,要使碳化硅陶瓷反射鏡我國(guó)得到廣泛應(yīng)用,必須解決大尺寸、具有超輕量化結(jié)構(gòu)碳化硅鏡坯制備技術(shù)、高致密低缺陷碳化硅鏡坯表面CVD層制備技術(shù)以及鏡面光學(xué)加工技術(shù)。隨著這些瓶頸技術(shù)解決,必將有力地推動(dòng)我國(guó)遙感技術(shù)快速發(fā)展。