在探索宇宙的奥秘征程中，光学望远镜宛如人类的“千里眼”，而其中的主反射镜则如同“千里眼”的“角膜”，至关重要。如今，中国成功研制出全球最大口径的碳化硅光学反射镜，这一伟大成就令世界瞩目，也为人类探索宇宙开启了全新篇章。
01、突破封锁：自主创新之路
长期以来，大口径反射镜作为战略物资，其制造技术被各国严格封锁。我国由于空间对地观测的敏感性，曾一度只能从国外购买口径1米以下的“小镜子”。面对困境，中国科研人员选择了自主创新。
20世纪90年代，我国载人航天工程立项，急需大口径离轴非球面反射镜。当时国外断言中国无法加工出此类反射镜。然而，以张学军为代表的老一辈科学家，顶住压力开发了国内首台光学数控加工机床，掌握了离轴非球面制造技术。
经过十余年的艰苦攻坚，2008年，长春光机所团队成功研制出我国首套具有自主知识产权的0.7米量级碳化硅反射镜。而在2009年9月，国家重大科研装备研制项目启动，长春光机所更是毅然决定向4米碳化硅反射镜发起挑战。尽管国内外相关技术、装备、经验近乎空白，要实现碳化硅反射镜口径的全球之最困难重重，但科研人员凭借着坚定的信念和老一辈科学家“敢打敢拼，没有条件也要创造条件干”的精神，大胆假设、充分论证，形成了全链路制造系统的技术方案。
02、艰难攻关：从镜坯到成品
（一）镜坯制备：寻找最优方案
镜坯制备是制造碳化硅反射镜的关键一步。大口径反射镜通常采用玻璃、碳化硅、金属铍制作，而碳化硅材料综合性能远优于其他材料，但制造难度极大。长春光机所的赵文兴提出用凝胶注模成型结合反应烧结的技术路线，将碳化硅粉末变成具有毛细微孔的多孔块体，再与硅反应烧结形成反射镜坯。然而，这一过程并非一帆风顺，2012年出炉的第一块4米碳化硅反射镜坯有较大裂纹，赵文兴团队通过砸坯分析，优化了工艺参数，为成功制备奠定了基础。
从2010年到2016年，团队共开展了5次4米碳化硅反射镜坯制备试验，期间还进行了多次小尺寸镜坯制备试验，失败次数众多，但他们越挫越勇。最终，在2016年第五次试验时，成功研制出合格的镜坯。如今，长春光机所花园里的第四块镜坯已成为地标性景观，尽管它有几条头发丝粗细的裂纹，但仍能清晰映照树影。
（二）光学加工：追求极致平整
加工反射镜对面形精度的要求极高，4米碳化硅反射镜的面形精度需控制在20纳米以内，难度可想而知。2011年，在接到2米碳化硅反射镜加工任务时，团队面临成熟技术无法满足要求的困境。张学军提议采用磁流变技术，尽管国外在这方面有一定成果，但公开报道中最大只做到1.8米反射镜。在国外厂商拒绝供货的情况下，团队成员日夜攻关，成功将2米碳化硅反射镜打磨成功，首次实现了磁流变技术在大口径反射镜工程应用中的突破。
随后，打磨4米碳化硅反射镜的任务更加艰巨。采用同样工序，加工时间大幅延长，且能否达到精度要求也是未知数。但张学军的支持让团队坚定信心，最终将反射镜面形精度提升到15.2纳米，达到国际领先水平。
（三）改性镀膜：“点睛之笔”
改性与镀膜对于碳化硅反射镜至关重要，能使其“明眸善睐”。长春光机所团队最初使用圆形改性/镀膜装备，但发现存在问题后，大胆创新，让固定的靶材“跑”起来，使装备变成独特的长方形。然而，镀膜过程中膜层出现严重的开裂、剥落问题。经过团队半年多的反复实验和调整，最终成功应用磁控溅射技术，完成了改性膜层/高反射膜层的镀制。
03、全链路制造：实现整体突破
长春光机所本着“一竿子插到底”的目标，以实现碳化硅反射镜坯制备、光学加工与检测、改性与镀膜等全链路制造为方向。在4米碳化硅反射镜技术攻关过程中，他们自主设计、研制了一系列大型装备，如4米高温真空烧结炉、4米磁流变抛光装备等，并开发了相应的加工及检测软件，真正实现了大口径碳化硅反射镜全链路制造。
2018年8月，国家重大科研装备研制项目“4米量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统”顺利通过验收，专家认为这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，解决了我国大型光电系统研制的核心技术难题。同年12月的科技成果鉴定中，专家也高度评价该项目，认为其研发难度极大，创新性与引领性很强，核心关键技术、原材料、软件和装备完全自主可控，研究成果整体达到国际领先水平。
目前，长春光机所研制的大口径碳化硅反射镜已应用于多项国家重大工程任务。同时，基于团队研究成果，还孵化了多家高新技术企业，推动了相关技术、产品在半导体装备制造、汽车、生物医疗、食品卫生、现代农业等领域的广泛应用，有力促进了产业的转型升级和快速发展。
这一全球最大口径碳化硅光学反射镜的成功研制，不仅是我国科研实力的象征，更为我国未来的深空探测、天文观测等领域提供了强有力的技术支撑，让我们在探索宇宙的道路上更加自信，有望揭示更多宇宙的奥秘。
04、高新技术显“神通”
在人类探索宇宙的进程中，大口径空间光学望远镜贡献了无数个令人鼓舞的成果，也将借助技术进步，挑战不可思议的更高性能。
由于加工疏忽，哈勃空间望远镜的光学系统存在较严重的球差，导致在轨初期拍照质量不佳。随后，美国航天员执行了史无前例的空间精密维修任务，在“哈勃”光路上放置了仅有分币大小的改正镜，帮助空间望远镜“戴眼镜矫正视力”，为日后更复杂的太空人机协作任务积累了宝贵经验。
由于大口径整块玻璃主镜的制作难度太大，科研人员提出了薄镜镶拼方案，组合若干块六边形镜面，变相扩大了主镜的口径。以10米口径的主镜为例，如果采用整块玻璃制造，厚度需达到1.5米以上，质量会超过150吨。但如果改用36块六边形镜面组合，中央的六边形不装玻璃，作为通光孔，那么每块六边形镜面的直径为1.8米，厚度仅需10厘米，拼合后的整体六边形的最大直径接近11米，反射面总面积超过75平方米，总质量比使用整块玻璃方案减轻了90%，甚至轻于5米口径的主镜。
詹姆斯·韦布空间望远镜就采用了此方案，组合直径6.5米口径的主镜包含18块单独的六角镜,每块均可根据地球团队的命令在空间中独立排列部署。再配合次级反射镜和三级精细转向镜，它提供了有史以来最清晰的红外空间图像，包括从宇宙大爆炸后的第一个发光点到星系、恒星、行星演化过程。
空间望远镜主镜的涂层和材质都将进一步提升观测效果。比如，有望于2027年发射的美国罗曼空间望远镜的主镜采用一种特殊的超膨胀玻璃整块制成，直径2.4米，与哈勃空间望远镜相同，但质量仅有186公斤，而且附着了不到400纳米厚的银涂层，相当于人的头发直径的1/200。预计这种银涂层能在太空中更出色地反射近红外波段，从而捕捉到惊人的空间景观,其视野将比哈勃空间望远镜大100倍。
除了这些遵循传统思路的大口径空间望远镜外，科研人员还在论证名为“流体空间望远镜”的新方案，争取将其口径增大至50米。简单地说，新方案计划利用离子液体和镓合金合成的流体材料在微重力太空环境中的表面张力，使流体材料粘在环形框架的内表面上,自然形成弯曲状。这种材料可以反光,因此内弯曲表面在理论上可以充当望远镜，并扩展到非常大的尺寸。而流体空间望远镜的另一个优点是,如果在太空中受到破坏,比如遭遇微陨石撞击，能够在短时间内自主修复。
人类探索宇宙未知的好奇心永无止境，相信未来会有更多方案新颖、工艺精良、效率倍增的大镜面助力空间探测，揭示更多宇宙奥秘。