牛！中科天仪光学系统为祝融打造火眼金睛

　　来源：交汇点新闻客户端
　　交汇点讯8月23日，是天问一号遨游太空、追梦火星13个月整，也是祝融号火星车平安在火星度过100天的日子，更是行驶里程突破1000米的关键一天。已圆满完成既定使命的祝融号，状态良好、步履稳健、能源充足，后续将继续向乌托邦平原南部的古海陆交界地带行驶，实施拓展任务。记者从中国科学院南京分院获悉，中科院南京天文仪器有限公司（下称中科天仪）研制的光学系统，用于本次火星探测计划两台光学探测类科学载荷：祝融号火星车上的火星表面成分探测仪和火星环绕器上的火星矿物光谱分析仪，为此次火星探测任务作出了重要贡献。这两台光学载荷由中科院上海技术物理研究所牵头研制。火星表面成分探测仪用于开展火星着陆区表面元素、矿物和岩石的高精度科学探测，火星矿物光谱分析仪则用于火星表面物质成分调查和分析，目前这两台载荷均已顺利开展科学探测，并成功下传探测数据。
　　如果说光学载荷是火星车上的‘千里眼’，那么它的光学系统就相当于眼球的‘晶状体’，用于汇聚光线，实现清晰成像。中科天仪科技处处长朱庆生研究员科普道，光学载荷主要由光学系统、机械结构、成像器件和控制分析软件四大部分组成，而光学系统是核心，它的主镜、次镜、施密特改正镜和离轴反射镜等光学镜面，均是中科天仪组织核心科技力量为此次火星任务而专门攻关研制的产品。在此次探测任务中，这批光学镜面的指标精度完全符合设计要求，综合性能表现良好。
　　如何让这个小小的晶状体到了火星后有效实现功能，成为科研团队一个不小的挑战。轻量化指标极高是团队接到任务后首先需要考虑的问题。地球与火星距离遥远，飞行时间漫长，轻量化能减少系统质量降低能量消耗，最大程度保证飞行成功，以及在前所未知的火星表面有效行动。但是，高轻量化会导致镜体的刚度下降，抗变形能力降低，镜面的精度和稳定性会下降，势必会影响光学系统性能，故而必须解决上述问题。为了克服困难，中科天仪科研团队在镜体轻量化结构设计、机械结构设计、超轻量化镜体加工与检测等方面进行集智攻关，并组建了各个任务团队，主要包括光机系统设计团队，负责镜体和机械结构的优化设计、分析仿真等工作；镜体加工检测团队，负责镜体轻量化结构加工、高精度镜面加工、镜体镜面检测等工作；系统装调检测团队，负责光学系统的装配、性能调试、检测等工作；生产管理团队，负责生产调度、设备维护、质量管理、安全生产的管理团队等，最终圆满克服了各种困难，完成了既定任务。为了祝融能在火星上拥有火眼金睛，航天光学载荷需要具备高清晰成像功能。为此，设计单位采用了离轴多反射非球面镜系统，消除系统色差、抑制系统各类相差，同时实现了无中心遮拦的清晰成像。朱庆生研究员告诉记者，离轴、多反、非球面这三个要求都是光学仪器研制的难点，同时实现三方面的极限技术要求，对于光学加工、装调、检测都提出了极高的要求。团队通过改进离轴非球面镜加工工艺、设计专用检测工装、发明离轴多反装配和检测方法等创新，圆满解决了研制过程中的技术障碍。在实际探测任务中，中科天仪这批光学镜面的指标精度也完全满足了设计要求。为了满足两台光学载荷的高精度探测要求，火星任务光学镜面的精度指标需要比通常光学仪器的镜面精度更高，需要将实际镜面与设计镜面的误差控制到纳米量级，才能实现更清晰的成像，满足高精度探测要求。这也是此次任务的另一大挑战。朱庆生研究员说，光学镜面的精度依靠精密光学加工和光学检测来实现，通过多工序的加工检测迭代来完成。在这个过程中，科研团队做了大量的计算与检验工作。在镜面磨削、研磨、精密抛光等工序，优化相应的加工工艺，设计对应的检测方法，针对检测出的误差，再进行反馈补偿加工。像这样反复迭代，误差不断收敛，才在最终达到技术要求的精度指标。此外，中科天仪还做了大量的工作加强光学产品的可靠性以及环境适应性，包括对发射过程的强烈振动、太空真空、低温、失重等情形的适应性，这充分保障了产品在特殊环境下的有效性能。该项目创新发展的新技术，也将在天文仪器、大气探测仪器、激光通信与量子通讯设备、光学检测仪器等方面拥有广泛的应用前景。新华日报交汇点记者蔡姝雯实习生晏庆合图片由受访者提供
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