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航天科技508所:凸球面反射镜

来源: 中国航天报日期:2015/12/23

科研人员正在研究反射镜镀制工艺

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      近日,中国航天科技集团公司五院508所独立完成了首块凸球面反射镜从薄膜设计到薄膜镀制整个研制工序。

      航天用反射镜对镀膜后的面形精度及光谱特性要求极高。为在短时间内形成镀膜生产能力,508所历经三个月从设备参数调整入手,不断探索和完善新建镀膜生产线的反射镜镀制工艺,解决了一系列关键技术,处于国内领先水平,具备了独立承担由坯料到最终光学元件产品生产任务的能力。(杨艳 王利)


航天508所打造“皇冠明珠”级光学生产线

         前不久,经第三方权威机构检测,中国航天科技集团公司五院508所加工的800毫米口径平面镜精度刷新“中国精度”,成为我国自主加工、采用数字平面干涉仪全口径标定的精度最高、口径最大的标准平面反射镜,产品精度等指标达到国际领先水平。凭借高效率的加工能力和高精度的光加水平,该所在国内超大口径光学加工领域树立了新的标杆。

        与显著的成绩相比,该所取得这一成果的迅猛速度更令人惊叹。2012年之前,该所在光学元件加工方面仍是一片空白,在短短三年多的时间里,从无到有、从好到优,直至登上国际宇航光学加工之巅,这背后饱含着该所职工的智慧和汗水,更折射出了主动出击、大胆革新的胆识。

        作为光学遥感相机中的关键产品,光学镜片精度往前迈一小步,都将推动遥感相机性能提升一大步。

       几年前,在系统协作、专业分工格局下,虽然有着近50年光学遥感器的辉煌研制历史,但该所从未涉足过光学加工领域。由于需要依靠外协来生产,光学加工一度成为该所遥感器研制链条中的短板,由此也催生出该所补齐遥感器设计、研发、生产全产业链,牢牢把握遥感器发展主动权的信念。

        没有成熟的技术,缺乏专业的设备、人才,进入全新领域需要投入大量的资金,接踵而来的挑战,没有打消该所主动改革的激情。该所领导在深入分析光学加工专业特点和未来发展趋势的基础上,深刻认识到要提高自身光学遥感器产品的竞争力,保持专业领军地位,必须完善产业链条,形成自主的光学加工能力;要想提升产品国内国际市场竞争力,就要消除光学加工这块“质量、成本、研制周期”的“洼地”。

        2010年5月,该所大口径空间光学制造中心工程开工。

       2012年初,该所精密光学制造中心成立,将大口径高精度非球面光学元件作为研发对象。

       2013年,该所完成国防“十二五”基础预研项目920毫米抛物面镜加工,面形加工精度达到了国内先进水平;同年,完成第一块轻量化离轴非球面反射镜加工,不仅满足了高分五号卫星相机的使用需要,还将光学加工环节的周期缩短了40%,为型号研制抢出了时间。

        2014年,该所完成了第一块米级型号产品——900毫米口径微晶镜面的加工任务,轻量化率达到70%,全部工序均独立自主完成,标志着已经掌握大口径反射镜高精度加工检测的核心技术。

        2015年,借着“中国制造2025”的 东风,该所不断加快精密光学制造方面的发展步伐,在“高精尖”的发展道路上高歌猛进,结出了一串串闪耀的成果。

         今年5月,离子束抛光机、超声波加工中心、三台智能机械手和大口径光学镀膜机等一批先进设备,先后入驻该所精密光学制造中心并投入使用,这标志着我国首条大口径镜面数字化生产线正式建成,使集团公司具备了国内最高精度的光学加工能力。

        此外,该所总结大口径轻质光学元件高精度加工和检测的工艺规范,攻克了能够适应不同口径、不同类型非球面的检测、制造和研发的核心技术,形成了大口径轻质光学元件的自主研制能力,最大加工口径2米,精度达到纳米级,加工效率较传统方法提升40%以上。

         不仅如此,该所还掌握了碳化硅、ULE、微晶、石英等多种材料的核心加工工艺,全面覆盖了航天遥感器大口径反射镜的需求;同时,加工精度一跃达到纳米级,而纳米级精度被誉为超精密加工技术“皇冠”上的“明珠”。

          前行的步伐从未停下,未来的蓝图已经谋划。2013年底,该所超大型光学遥感装调测试厂房奠基。预计建成并投入使用后,该所将形成完备的超大口径反射镜制造链路,具备1米以内非球面批量化生产能力、2米以内量化生产能力等高效、高精度加工能力;将可以提供高轻量化率空间光学元件,为整星所搭载空间光学载荷减轻重量30%~50%,实现轻型化卫星发射。

         以五院宇航智造工程的启动为契机,该所将建立全数字光学制造流程,开展光学智能制造技术研究,实现光学制造技术由确定性光学制造向便捷化光学智能制造系统发展。(杨艳 郭兆炜)


508所采用新技术提高离轴相机装调效率

       近日,针对三反离轴反射镜组件高精度多维调节机构多次调整垫片厚度、计算机辅助装调多次迭代满足像质等装调效率问题,508所技术人员进行了机构工装设计改进、垫片确定方式的改进,最终装调结果做到了可量化、可操作、可检测、可重复,装调周期相比之前缩短了10天。

  近年来,三反离轴光学系统已因其具有无中心遮拦,可实现大视场、高分辨率等特点,已在我国航天遥感器上得到较为广泛的应用。离轴非球面反射镜组件为矩形反射镜,不具有对称性,光学系统装调时对反射镜组件位置度调整要求较高,需要设计高精度多维调节机构确保产品质量和进度,并且要求调整到位后,调节机构与系统分离,反射镜必须能够稳定的锁固,且光学系统的质量没有变化。

  此次形成的离轴反射镜组件高精度多维调节机构将为后续型号的研制提供强有力的工艺途径,已推广到测绘星相机、宽幅普查相机以及各类离轴反射式相机离轴反射镜组件的高精密调整中,提高了离轴相机的装调效率,缩短了装调周期。


 508所800毫米口径平面镜加工精度达国际领先水平

       近日,经过第三方权威机构采用数字干涉仪检测,由508所负责加工的800毫米口径的超大口径平面镜,加工精度已达到检测设备的极限精度,成为国内自主加工、采用平面干涉仪标定的精度最高口径最大的标准平面反射镜,达到国际领先水平。

  大口径光学元件是空间光学遥感器的核心部件,特别是轻型非球面反射镜的加工和高精度检测一直是光学领域的技术难点。在此次平面镜加工任务中,508所采用离子束抛光机,经过88小时的高精度抛光,由初始镜面误差0.8pv、λ/5 rms值,加工到峰谷值达到1/11λpv、λ/90 rms值。如果把800毫米口径的镜面放大至整个北京市,最高点和最低点的误差不超过一个拳头的高度。

  如此高效率的加工能力和高精度的光加水平,在国内超大口径光学加工领域树立了新的标杆。


先进光学设备大幅提升镜面加工能力

      近日,三台智能机械人光学加工设备入驻中国航天科技集团公司五院508所大口径先进光学制造中心。这不仅填补了国内大口径非球面反射镜在智能研磨抛光环节的空白,也标志着我国首条大口径反射镜全链路数字化生产线正式建成,其最大加工口径可达2 米,精度达到纳米级。这条生产线使中国航天科技集团公司具备了国内最高精度大口径镜面的量产能力。

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航天科技508所计算光谱成像技术取得新突破

      近日,中国航天科技集团公司五院508所在自主创新基金的支持下,开展了计算光谱成像仪成像实验,成功地验证了该项技术在压缩采样和图谱重构方面的能力,极大地降低了原始数据采集量,减轻了数据存储和传输压力。这对于提高数字遥感技术水平、满足国内对超光谱遥感图像的迫切需求具有重要意义。

      计算光谱成像技术是一项新型成像技术,它将光学系统和图像处理技术相结合,即将图像处理技术引入成像环节,可实现景物空间信息与光谱信息的快照式成像,弥补了传统光谱成像技术光通量低、逐行扫描成像时间长等不足,在实现灵活拓展系统成像性能的同时,降低系统硬件的复杂度。(刘彦丽)


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