新材料造就“轻空间相机” 助卫星“拍出清晰照”

   当今世界,各国竞相研究高分辨率的空间遥感卫星,比如美国一些高分辨率的卫星,能“看”到地面上一张报纸的大字标题。而要提高卫星的分辨率,大口径、长焦距、轻型的空间相机是关键。

 

  中国科学院上海硅酸盐研究所董绍明研究员领衔的“大型高稳定轻量化C/SiC整体结构成套制备技术及空间遥感应用”项目,8日获得2017年度国家技术发明奖二等奖,其实质就是:用新材料造就“轻空间相机”。

 

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  高分二号卫星拍摄的深圳路标融合影像(分辨率:0.8m全色、3.2m多光谱)。中科院上海硅酸盐研究所供图

 

  要打造“看得清又很轻”的空间相机,让天上卫星“拍到好照片”,需要相机的光学支撑结构大、轻,还要高稳定;也就是在承受振动和温度波动时,米级光学支撑结构的尺寸变化要稳定在几个微米以内,即头发直径的十分之一左右。

 

  “光学系统容不得半点偏差,如果有将近百万分之一的变化,这个相机就无法正常工作”,项目第一完成人董绍明在上海受访时说。

 

  受材料热胀冷缩和吸湿膨胀等因素影响,常规材料加工而成的光学支撑结构在空间环境应用时尺寸变化较大,严重时还会造成空间相机难以成像。2005年前后,董绍明意识到“碳化硅基复合材料”的应用潜力,布局了相应的研究方向。

 

  经过多年攻关,团队在中国国内率先开展了“碳化硅基复合材料”光学支撑结构的研发,并在关键技术和工程化应用方面取得多项重大创新和突破。

 

  目前,该项目已成功应用于“高分二号”、“高景一号”卫星,并为系列在研型号研制了6类大型、高稳定、轻量化“碳化硅基复合材料”光学支撑结构。

 

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  高景一号卫星拍摄的布达拉宫融合影像(分辨率:0.5m全色、2m多光谱)。中科院上海硅酸盐研究所供图

 

  “碳化硅基复合材料”已发展成为中国高分辨空间遥感相机光学支撑结构最重要的候选材料之一。应用于中国高分专项某型号卫星的“碳化硅基复合材料”镜筒,与传统殷钢支撑结构相比减重50%,相机结构稳定性提高1倍,成像响应时间缩短1倍,助力中国卫星(600118)成像分辨率首次达到亚米级。另外,项目整体技术达到国际先进水平,其中开发的大尺寸、一体化加强筋碳化硅基复合材料支撑结构制备技术为国际首创。

 

  董绍明透露,项目目前已建立了集构件设计、制备、加工、检测等于一体的陶瓷基复合材料支撑结构研发平台,且各项发明成果成功转化,带来了可观的经济效益。

 

  与发达国家相比,中国高分辨率空间遥感技术仍存在一定的差距。随着《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020年)》中高分辨率对地观测系统重大专项的持续推进,中国高分辨空间遥感事业进入了高速发展期。大量高分辨率遥感卫星的研制,正给“碳化硅基复合材料”支撑结构的应用推广提供良好机遇。


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  来源:中国新闻网

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