新材料造就“輕空間相機(jī)” 助衛(wèi)星“拍出清晰照”

    項(xiàng)目科研人員。中科院上海硅酸鹽研究所供圖

當(dāng)今世界，各國(guó)競(jìng)相研究高分辨率的空間遙感衛(wèi)星，比如美國(guó)一些高分辨率的衛(wèi)星，能“看”到地面上一張報(bào)紙的大字標(biāo)題。而要提高衛(wèi)星的分辨率，大口徑、長(zhǎng)焦距、輕型的空間相機(jī)是關(guān)鍵。

中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所董紹明研究員領(lǐng)銜的“大型高穩(wěn)定輕量化C/SiC整體結(jié)構(gòu)成套制備技術(shù)及空間遙感應(yīng)用”項(xiàng)目，8日獲得2017年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，其實(shí)質(zhì)就是：用新材料造就“輕空間相機(jī)”。

高分二號(hào)衛(wèi)星拍攝的深圳路標(biāo)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(jī)，讓天上衛(wèi)星“拍到好照片”，需要相機(jī)的光學(xué)支撐結(jié)構(gòu)大、輕，還要高穩(wěn)定；也就是在承受振動(dòng)和溫度波動(dòng)時(shí)，米級(jí)光學(xué)支撐結(jié)構(gòu)的尺寸變化要穩(wěn)定在幾個(gè)微米以內(nèi)，即頭發(fā)直徑的十分之一左右。

“光學(xué)系統(tǒng)容不得半點(diǎn)偏差，如果有將近百萬分之一的變化，這個(gè)相機(jī)就無法正常工作”，項(xiàng)目第一完成人董紹明在上海受訪時(shí)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(xué)支撐結(jié)構(gòu)在空間環(huán)境應(yīng)用時(shí)尺寸變化較大，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成空間相機(jī)難以成像。2005年前后，董紹明意識(shí)到“碳化硅基復(fù)合材料”的應(yīng)用潛力，布局了相應(yīng)的研究方向。

經(jīng)過多年攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)在中國(guó)國(guó)內(nèi)率先開展了“碳化硅基復(fù)合材料”光學(xué)支撐結(jié)構(gòu)的研發(fā)，并在關(guān)鍵技術(shù)和工程化應(yīng)用方面取得多項(xiàng)重大創(chuàng)新和突破。

目前，該項(xiàng)目已成功應(yīng)用于“高分二號(hào)”、“高景一號(hào)”衛(wèi)星，并為系列在研型號(hào)研制了6類大型、高穩(wěn)定、輕量化“碳化硅基復(fù)合材料”光學(xué)支撐結(jié)構(gòu)。

高景一號(hào)衛(wèi)星拍攝的布達(dá)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(fù)合材料”已發(fā)展成為中國(guó)高分辨空間遙感相機(jī)光學(xué)支撐結(jié)構(gòu)最重要的候選材料之一。應(yīng)用于中國(guó)高分專項(xiàng)某型號(hào)衛(wèi)星的“碳化硅基復(fù)合材料”鏡筒，與傳統(tǒng)殷鋼支撐結(jié)構(gòu)相比減重50%，相機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高1倍，成像響應(yīng)時(shí)間縮短1倍，助力中國(guó)衛(wèi)星成像分辨率首次達(dá)到亞米級(jí)。另外，項(xiàng)目整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中開發(fā)的大尺寸、一體化加強(qiáng)筋碳化硅基復(fù)合材料支撐結(jié)構(gòu)制備技術(shù)為國(guó)際首創(chuàng)。

董紹明透露，項(xiàng)目目前已建立了集構(gòu)件設(shè)計(jì)、制備、加工、檢測(cè)等于一體的陶瓷基復(fù)合材料支撐結(jié)構(gòu)研發(fā)平臺(tái)，且各項(xiàng)發(fā)明成果成功轉(zhuǎn)化，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)高分辨率空間遙感技術(shù)仍存在一定的差距。隨著《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)的持續(xù)推進(jìn)，中國(guó)高分辨空間遙感事業(yè)進(jìn)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(fù)合材料”支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)用推廣提供良好機(jī)遇。（中新網(wǎng)上海1月8日電   記者 鄭瑩瑩)