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碳化硅材料在航空航天的应用——大口径反射镜

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浏览:- 发布日期:2022-04-08 14:30:30【

导语:之前的文章我们详细介绍过碳化硅材料及其晶片的加工步骤,今天我们继续了解碳化硅材料的高精尖应用。

SiC碳化硅陶瓷材料是目前主要的航天反射镜材料,广泛应用于航空、航天的扫描镜、反射镜、光学系统等。

碳化硅反射镜

-碳化硅反射镜-

大口径反射镜的发展

大口径望远镜为探测宇宙天体、国土资源普查、智慧城市建设、交通设施监测、农业估产、生态环境监测、防灾减灾、公共应急卫生等领域提供了重要的信息支持。而大口径反射镜是大口径望远镜成像的核心关键部件。大口径望远镜犹如我们观察世界的“千里眼”,而大口径反射镜好比是“千里眼”的“眼角膜”。

自1609年伽利略发明天文望远镜以来,光学系统观测能力的不断提升,离不开一个关键——口径。反射镜直径越大,光学望远镜的分辨率就越高。

哈勃太空望远镜的口径2.4米,最远观测到距离地球134亿光年的宇宙深处,对地观测时图片清晰度可通过数人头的方式估计一支队伍的人数;先进光电望远镜(AEOS)口径3.67米,成功观测到美国哥伦比亚号航天飞机事故的症结所在;锁眼12(KH-12)卫星相机口径超过3米,对地分辨率可达0.1米。

2009年发射的赫歇尔望远镜,其主反射镜采用碳化硅材料,口径达到3.5米,采用钎焊焊接方式,应用于远红外及亚毫米波段观测。

碳化硅反射镜应用于航空航天

-碳化硅反射镜应用于航空航天-

碳化硅材料有何优势?

与传统的金属和玻璃材料相比,由于碳化硅材料具有适中的密度、较高的弹性模量、高度的尺寸稳定性、较小的热膨胀系数、较强的辐射稳定性及良好的光学加工性能等一系列优秀的物理性质,目前已经成为大尺寸光学反射镜的最佳候选材料。

与常规玻璃材料相比,碳化硅比刚度提高了4倍,热导率提升了2个数量级,在相同刚度的情况下,相同口径的碳化硅反射镜重量可降低60%以上。即将退役的哈勃望远镜φ2.4m主反射镜选用的是美国康宁公司研制的超低膨胀系数石英玻璃(ULE)材料,反射镜重量高达890公斤;而2009年发射升空的赫歇尔望远镜,其φ3.5m主反射镜由于选用了碳化硅材料,反射镜重量仅为250kg。

几种常用镜片材料的性能比较

随着技术的发展和进步,中国科学家对碳化硅反射镜的口径进一步提升到4m。下一篇文章我们将重点讲述。

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卓精艺磁流变抛光机正在加工碳化硅元件

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