新材料造就“輕空間相機” 助衛(wèi)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，各國競相研究高分辨率的空間遙感衛(wèi)星，比如美國一些高分辨率的衛(wèi)星，能“看”到地面上一張報紙的大字標題。而要提高衛(wèi)星的分辨率，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(wěn)定輕量化C/SiC整體結構成套制備技術及空間遙感應用”項目，8日獲得2017年度國家技術發(fā)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(wèi)星拍攝的深圳路標融合影像(分辨率：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(wèi)星“拍到好照片”，需要相機的光學支撐結構大、輕，還要高穩(wěn)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(wěn)定在幾個微米以內，即頭發(fā)直徑的十分之一左右。

“光學系統(tǒng)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說。

受材料熱脹冷縮和吸濕膨脹等因素影響，常規(guī)材料加工而成的光學支撐結構在空間環(huán)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年前后，董紹明意識到“碳化硅基復合材料”的應用潛力，布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“碳化硅基復合材料”光學支撐結構的研發(fā)，并在關鍵技術和工程化應用方面取得多項重大創(chuàng)新和突破。

目前，該項目已成功應用于“高分二號”、“高景一號”衛(wèi)星，并為系列在研型號研制了6類大型、高穩(wěn)定、輕量化“碳化硅基復合材料”光學支撐結構。

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

“碳化硅基復合材料”已發(fā)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。應用于中國高分專項某型號衛(wèi)星的“碳化硅基復合材料”鏡筒，與傳統(tǒng)殷鋼支撐結構相比減重50%，相機結構穩(wěn)定性提高1倍，成像響應時間縮短1倍，助力中國衛(wèi)星成像分辨率首次達到亞米級。另外，項目整體技術達到國際先進水平，其中開發(fā)的大尺寸、一體化加強筋碳化硅基復合材料支撐結構制備技術為國際首創(chuàng)。

董紹明透露，項目目前已建立了集構件設計、制備、加工、檢測等于一體的陶瓷基復合材料支撐結構研發(fā)平臺，且各項發(fā)明成果成功轉化，帶來了可觀的經濟效益。

與發(fā)達國家相比，中國高分辨率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(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項的持續(xù)推進，中國高分辨空間遙感事業(yè)進入了高速發(fā)展期。大量高分辨率遙感衛(wèi)星的研制，正給“碳化硅基復合材料”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)