這技術一舉拿下國家發明最高獎：可實時對美航母現場直播

原標題：這技術一舉拿下國家發明最高獎：可實時對美航母現場直播

1月8日，2017年度國家科學技術獎勵大會在人民大會堂舉行，我國四川成都光電所牽頭完成的項目獲國家技術發明獎一等獎（專用項目），這是光電所連續兩年折桂該獎項，而拿下國家發明大獎的項目名稱有點讓人看不懂——「用於對地遙感衛星的先進空間微結構亞波長薄膜相機技術」，這裡面什麼是微結構亞波長薄膜相機？一層薄薄的薄膜可以做相機鏡頭？而且是在太空中造出一個偵察衛星來？怎麼做到的呢。軍事專家陳忠告訴記者，為了滿足高軌道衛星高解析度對地觀測的要求，特別是新一代高性能偵察衛星的需要，美國、俄羅斯、法國和日本等國從上世紀末就開始研究新型光學成像技術，包括大口徑單體反射鏡成像技術、空間分塊可展開反射成像技術、衍射成像技術、基於衛星編隊的光學干涉合成孔徑成像技術和稀疏孔徑成像技術等，目前，前三類技術逐步走向工程化實施階段，後兩類技術由於技術難度過大，發展較為緩慢，還停留在實驗室研究階段。

圖片為我國自行研製的超大尺寸巨型光學反射鏡，尺寸達到2.4米級主反射鏡。

希望通過增大成像鏡片的尺寸來看的更清楚更遠，目前世界常見的偵察衛星的軌道高度在400至900千米左右，其中最強的已美國「鎖眼」-12後續衛星經可以實現0.05米級的成像解析度，但這種衛星的鏡頭直徑2米，整個衛星重達10多噸，其能看到的範圍有限，類似於「鎖眼」-12和「8X」（美軍秘密雷達光學一體偵察衛星）這樣的高級大型光學成像偵察衛星雖然可以採用低軌道提供了較高的解析度，但這也使得常規低軌道光學成像偵察存在衛星重訪同一個偵察地區的周期過長、覆蓋偵察地域的範圍小等缺點。我們以「鎖眼」-12的運行周期為91分鐘，這實際上等於一顆「鎖眼」-12衛星對指定的某個區域偵察過頂時間只有不到2次，除非增加更多衛星，否則地面目標和人員完全可以對衛星偵察實施反偵察和戰術規避。

如果需要建立一個全球監控衛星群，需要幾十顆這樣的衛星，那樣的造價就是個天文數字，只有一種可能性比較高的，辦法就是製造一種具備高解析度的地球同步軌道衛星，正所謂站的高，看的遠，地球同步軌道衛星在距離地面36000千米的地方飛行，理論上在地球外軌道上的三顆等邊均勻部署的地球同步軌道偵察衛星就可以實現全球同步偵察，但目前，這種偵察衛星的解析度前僅為50米級，主要的原因是「光學鏡片」不夠大，成像能力不足，僅僅能在大海上發現航母這類大型目標，對於我國的要求肯定是不夠的，雖然我國是世界上唯一擁有地球同步軌道偵察衛星的國家，但發展一種可以直接對美軍海上航母編隊的一舉一動，都能實現實況直播的高級成像偵察衛星就顯得十分重要了。

為了解決這一問題，目前，世界各國主要採用大口徑單體反射鏡成像技術、空間分塊可展開反射成像技術、衍射成像技術來解決看不清楚的問題，不過，對於反射成像系統，其反射鏡必須經過鏡坯研磨、輕量化、拋光、鍍膜等複雜的加工工藝。美、歐等技術發達國家目前僅能製造3至4米級空間應用的單體反射鏡，其中目前世界最大尺寸的碳化硅反射鏡直徑為3.5米，它就是法國為歐洲「赫歇爾」紅外望遠鏡製造的主反射鏡。但這個不是整體燒結的，而是分塊燒制後機械拼接的，其鏡片研製成本十分高昂，我國長春光機所在近年來通過攻關解決了大直徑成像光學鏡片的加工技術難關，已經可以製造4米級的碳化硅主反射鏡，並採取一次性整體燒結成型技術，其重量僅為「世界第一鏡片」的3分之一，而其解析度將達到空前的1米級，如果一切順利，這種新型地球同步軌道偵察衛星將在五年內升空。等等，這個和上面的薄膜沒什麼關係吧？對對，那個薄膜就更厲害了。

衍射光學薄膜成像偵察衛星的想像圖。

上世紀90年代以來，美國國防先進研究項目局(DARPA)開始研製一種衍射光學薄膜技術，這層薄膜和我們常見的塑料大棚的材質類似，不過上面有一層層特殊塗層，增加了其強度以及反射成像能力，也就是一種可展開光學薄膜反射鏡技術，裝備有這種技術的衛星入軌後，就像在太空中撐開一個雨傘，甚至可以展開直徑為20米的衍射光學薄膜，衛星凝視視場超過一千萬平方千米，解析度高達2.5米，如果製造成40米的「鏡片」，就可以實現對航母上飛機和飛行人員的一舉一動實施實況直播，幾年前，美軍的「莫爾紋」衍射光學薄膜技術項目開始研製5米口徑光學薄膜成像系統的地面原理樣機。2013年4月，美國勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室向鮑爾公司交付了6塊邊長約0.8米、面積約0.4平方米的梯形衍射薄膜。隨後，鮑爾公司對6塊薄膜進行了拼裝，製成了主鏡1/8扇區的衍射鏡片，並開展了光學系統的測試工作，不過，美國人這次慢了。

2014年，我國成都光電所首次完成了直徑400毫米的薄膜望遠鏡研製，在國內首次實現了直徑400毫米的微結構薄膜望遠鏡寬波段(0.49μm至0.68μm)成像系統的成功研製。目前，中科院光電技術研究所在科技部地球觀測與導航專項——「靜止軌道高解析度輕型成像相機系統技術」支持下，獲得了巨大技術突破，領先美國國防先進研究項目局接近5年的研製進度，目前，我國先進薄膜成像光學系統現階段，正從原理樣機研製到工程樣機研製過渡，我國計劃造2020年前率先完成13米級薄膜成像光學系統研製，2025年之前實現衛星升空。

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