隨著遙感技術迅猛發(fā)展,空間相機經歷了從折射式光學系統(tǒng)發(fā)展到折反式光學系統(tǒng)再到全反射式光學系統(tǒng)發(fā)展過程,從而使空間相機具有譜段寬、焦面穩(wěn)定以及重量輕等優(yōu)點。同時,用戶對空間相機性能也提出了越來越高要求,主要體現:提高相機地面分辨力、實現相機輕量化結構實現鏡體一體化設計。實現這些目標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、較高強度及彈性模量、較低膨脹系數及較高導熱系數。對反射鏡材料研究,主要集三類材質: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、較好熱化學穩(wěn)定性、較低熱變形系數且耐空間粒子輻照,通過特殊制作工藝,可以獲得輕量化結構反射鏡鏡體,同時可取消衛(wèi)星系統(tǒng)對反射鏡恒溫系統(tǒng),大大減小系統(tǒng)重量。因此,碳化硅陶瓷材料被認為現代空間光學系統(tǒng)所需高性能反射鏡首選材料。
從上世紀八十年代初開始,美國、俄羅斯、德國、法國等空間遙感技術先進國家開始針對應用于空間遙感光學系統(tǒng)領域(如高能激光器反射鏡空間低溫光學反射鏡)進行碳化硅陶瓷基反射鏡制造技術研究探索,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領域開展了一系列實際應用,現已碳化硅陶瓷材料制備、碳化硅陶瓷基鏡坯制造、研磨拋光等專項關鍵技術方面取得了較大進展。美國宇航局采用化學氣相沉積(CVD)法液硅浸滲法(LSI)制備出了直徑為600mm左右碳化硅碳/碳化硅材質反射鏡鏡坯,經過精拋加工,表面光潔度達到2nm,而表面密度只有7~9kg/m3。德國IABG研制出直徑為600mm具有輕量化結構反應燒結碳化硅鏡坯,德國KIS研制出直徑為360mm碳/碳化硅陶瓷反射鏡,經過精拋加工,表面光潔度達到2nm,面形精度可達較高水準。美國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。法國制備直徑為352mm輕型碳化硅反射鏡質量僅為1.7Kg。
國內,國建筑材料科學研究院最早開展了碳化硅陶瓷反射鏡研究工作。"九五"期間,承擔了國家軍工攻關計劃"高性能碳化硅陶瓷反射鏡材質研究"項目,就高性能碳化硅陶瓷反射鏡材質進行了預先研究。"十五"期間,承擔了國家軍工攻關計劃"空間光學遙感器用SiC陶瓷反射鏡研制"項目,就碳化硅陶瓷反射鏡一些共性及關鍵技術進行了研究。
經過"九五""十五"科技攻關,國建筑材料科學研究院高性能反射鏡研制方面尤其大尺寸、復雜形狀碳化硅陶瓷反射鏡鏡坯制備技術實用化碳化硅反射鏡制備技術等方面取得了重要技術突破,攻克了高固相含量含碳陶瓷料漿制備技術含碳陶瓷料漿單體聚合困難問題,實現了含碳陶瓷料漿凝膠注模成型技術,制備出了具有輕量化結構600mm口徑碳化硅反射鏡坯體,開展了工程尺寸碳化硅陶瓷反射鏡制備技術研究,碳化硅反射鏡鏡坯順利通過了驗收級振動試驗考核。另外,開展了三維編織CVI C/SiC反射鏡鏡坯制備技術研究,對大尺寸C纖維預制體制備、溫度梯度強制流動CVI工藝條件等開展了工作,為制備大尺寸、具有超輕量化結構碳化硅陶瓷反射鏡及空間相機用結構件打下了堅實基礎。
由于高分辨率相機超輕量化相機應用上,碳化硅陶瓷反射鏡具有明顯優(yōu)勢,可以肯定地說,碳化硅陶瓷反射鏡未來高性能反射鏡國際發(fā)展主流。國內用戶對碳化硅陶瓷反射鏡需求也日益迫切,"十一五"期間已經提出需求口徑超過1.5m反射鏡。
但是,要使碳化硅陶瓷反射鏡我國得到廣泛應用,必須解決大尺寸、具有超輕量化結構碳化硅鏡坯制備技術、高致密低缺陷碳化硅鏡坯表面CVD層制備技術以及鏡面光學加工技術。隨著這些瓶頸技術解決,必將有力地推動我國遙感技術快速發(fā)展。