诞生于中国的“大眼睛”

林宽雨

提起望远镜，相信每位同学的脑海里都能蹦出几个名字。比如，早就名声在外的哈勃望远镜，“霸占”新闻头条好多年、即将“下岗”的开普勒望远镜，“年纪轻轻”便盼有更大作为的苔丝望远镜，等等。这些望远镜能够这么出名，与其内部一直“默默无闻”“辛勤”工作的各个元件是分不开的。今天，咱们要介绍的就是望远镜内部的一个重要元件——反射镜。

靠自身实力出名的“大眼睛”

今天的故事主角诞生于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（简称“长春光机所”）。今年8月份以来，这个反射镜可是在不少媒体上露了面。不过，这个反射镜出名并不是沾了哪个望远镜的光，它完全是靠着自身实力登上了头条。这个反射镜是到目前为止世界上口径最大的单体碳化硅反射镜，它的成功研制不仅标志我国光学系统先进制造能力又有了很大提升，同时也为我国大口径光学电装备跨越升级奠定了坚实的基础。

“大眼睛”的“钢筋铁骨”

要想取得一番成就，有一个好身体是很重要的。制造反射镜的科研人员也深知这个道理，于是在石英玻璃、微晶玻璃、碳化硅、金属铍等众多材料中选取了碳化硅打造反射镜的“钢筋铁骨”。和其他材料相比，碳化硅主要有以下四点优势：

1 比刚度大

比刚度是材料自身特性中的弹性模量和密度的比值。比刚度更大的碳化硅的优势主要体现在：跟一群刚度相同的材料站一块，碳化硅的体重会更轻;跟一群体重相同的材料站一块，碳化硅的刚度会更强。凭借这个优势，在用碳化硅材料做反射镜时，科研人员可以把反射镜的厚度做得更薄，并把它做成蜂窝状结构，以实现减重的目的。（对于那些要上天的元件来说，在性能相同的情况下，体重越轻，越受欢迎哟。）

2 热传导性好

所謂热传导性好，就是当外界环境温度发生变化，使一波热量涌入碳化硅体内时，碳化硅很容易让自己的身体达到温度平衡。这个本领增强了碳化硅适应环境的能力，对增加自身寿命有帮助。

3 热变形系数小

除了可以轻松地让体内温度平衡，碳化硅对这些“造访”的热量还有很好的应对能力，不会让这些热量改变自己的形状。

4 材料无毒、费用低

碳化硅还有一个“好品质”——不会仗着自身优势多而提高“身价”，低材料费和工艺费也是它受欢迎的原因之一。除此之外，碳化硅材料本身无毒，这也增加了人们对它的喜爱。

“大眼睛”的诞生记

说完了身体的优势，咱们就一起看看最初的碳化硅材料是如何一步步“成长”为“大眼睛”的吧。这个转变过程大致可以分为三步：

第一步：让体重达标

虽然凭借比刚度的优势，在刚度相同的情况下，碳化硅已经很轻了，但对于反射镜来说，这个体重还是超标的。要想最终变成反射镜，首先要做的就是“减肥”。为了给碳化硅“瘦身”，中科院长春光机所的科研人员采用了一种类似做果冻制品的方式，利用模具让碳化硅粉末聚集在一起，形成一个整体，变成体重更轻、抵抗力更强的碳化硅陶瓷镜坯。

第二步：丑小鸭变白天鹅

“瘦身”完成的碳化硅陶瓷镜坯全身黑乎乎的，完全看不出反射镜的样子。不过，在经历铣磨、研磨、抛光等复杂的工艺，并被安装上高精度的结构件后，一个黑乎乎的镜坯就在科研人员的手中变成了美丽的反射镜啦。

第三步：进行“体检”

在“大眼睛”正式“上岗”前，还要做个“体检”，以确保身体处于“健康”状态。不过，像这么大的光学元件在“体检”时，因为口径大、检测光路长，“体检”过程会受到重力和检测环境的影响。为了让“大眼睛”顺利完成“体检”，长春光机所的科研人员专门建立了一个28米高的多功能检测塔。

看似只通过了三步，“大眼睛”就准备“走马上任”了，但实际上研制出这样一个大块头可不是一件容易的事，不仅得想办法让其体重达标，在增大口径的同时还得保证精度，不能让最终诞生的反射镜工作能力降低。更难的是，大口径反射镜相关技术一直被美国、法国、德国等少数国家掌握，我国始终不具备自主研制4米量级大口径反射镜的能力。虽然很难，但来自中科院长春光机所的科研人员仍旧在不断攻关后让完全流着“中国血液”的反射镜出现在了大家面前。在这里，得给这些科研人员点个大大的赞。相信在不久的将来，通过这只“大眼睛”，我们一定能够发现更多精彩。

知识链接

为什么要研制大口径反射镜？

根据人们得出的公式，光学望远镜的分辨率跟口径是直接相关的，在其他条件不变的情况下，块头越大的望远镜，工作能力就越强。正因如此，很多望远镜都是以“大块头”著称。比如，著名的哈勃望远镜口径就达到了2.4米。望远镜都在向“大块头”靠近，反射镜身为其内部的元件自然要努力“增肥”啦。