新材料造就“輕空間相機” 助衛星“拍出清晰照”

    項目科研人員。中科院上海硅酸鹽研究所供圖

當今世界，各國競相研究高解析度的空間遙感衛星，比如美國一些高解析度的衛星，能“看”到地面上一張報紙的大字標題。而要提高衛星的解析度，大口徑、長焦距、輕型的空間相機是關鍵。

中國科學院上海硅酸鹽研究所董紹明研究員領銜的“大型高穩定輕量化C/SiC整體結構成套製備技術及空間遙感應用”項目，8日獲得2017年度國家技術發明獎二等獎，其實質就是：用新材料造就“輕空間相機”。

高分二號衛星拍攝的深圳路標融合影像(解析度：0.8m全色、3.2m多光譜)。中科院上海硅酸鹽研究所供圖

要打造“看得清又很輕”的空間相機，讓天上衛星“拍到好照片”，需要相機的光學支撐結構大、輕，還要高穩定；也就是在承受振動和溫度波動時，米級光學支撐結構的尺寸變化要穩定在幾個微米以內，即頭髮直徑的十分之一左右。

“光學系統容不得半點偏差，如果有將近百萬分之一的變化，這個相機就無法正常工作”，項目第一完成人董紹明在上海受訪時説。

受材料熱脹冷縮和吸濕膨脹等因素影響，常規材料加工而成的光學支撐結構在空間環境應用時尺寸變化較大，嚴重時還會造成空間相機難以成像。2005年前後，董紹明意識到“碳化矽基複合材料”的應用潛力，佈局了相應的研究方向。

經過多年攻關，團隊在中國國內率先開展了“碳化矽基複合材料”光學支撐結構的研發，並在關鍵技術和工程化應用方面取得多項重大創新和突破。

目前，該項目已成功應用於“高分二號”、“高景一號”衛星，併為系列在研型號研製了6類大型、高穩定、輕量化“碳化矽基複合材料”光學支撐結構。

高景一號衛星拍攝的布達拉宮融合影像(解析度：0.5m全色、2m多光譜)。中科院上海硅酸鹽研究所供圖

“碳化矽基複合材料”已發展成為中國高分辨空間遙感相機光學支撐結構最重要的候選材料之一。應用於中國高分專項某型號衛星的“碳化矽基複合材料”鏡筒，與傳統殷鋼支撐結構相比減重50%，相機結構穩定性提高1倍，成像響應時間縮短1倍，助力中國衛星成像解析度首次達到亞米級。另外，項目整體技術達到國際先進水準，其中開發的大尺寸、一體化加強筋碳化矽基複合材料支撐結構製備技術為國際首創。

董紹明透露，項目目前已建立了集構件設計、製備、加工、檢測等於一體的陶瓷基複合材料支撐結構研發平臺，且各項發明成果成功轉化，帶來了可觀的經濟效益。

與發達國家相比，中國高解析度空間遙感技術仍存在一定的差距。隨著《國家中長期科學與技術發展規劃綱要(2006-2020年)》中高解析度對地觀測系統重大專項的持續推進，中國高分辨空間遙感事業進入了高速發展期。大量高解析度遙感衛星的研製，正給“碳化矽基複合材料”支撐結構的應用推廣提供良好機遇。（中新網上海1月8日電   記者 鄭瑩瑩)