长春光机所实现重大突破

抖音推荐 2025年07月25日 10:26 1 admin

2021 年，当“天问一号”探测器在距火星220万公里处拍摄下火星的首张高清“肖像”时，记录这历史性瞬间的“眼睛”，它真正的名字是—— 离轴三反光学系统。

△“天问一号”获取的首幅火星图像图片来源：中国国家航天局

此前，这项核心技术长期被欧美国家列入“禁止出口”清单，实施严密的技术封锁。如今，长春光机所的科学家们已突破重重壁垒，使其成为我国空间探索任务中不可或缺的“标准配置”。

无遮拦的“火眼金睛”

传统天文望远镜通常由物镜（折射式望远镜为透镜，反射式望远镜为凹抛物面主镜）和目镜（凸透镜）组成。这种设计的成像原理是遥远天体的微弱光线首先被大口径物镜收集并汇聚，随后在折射望远镜中，透镜折射光线在焦平面形成实像；反射望远镜则利用凹面主镜反射汇聚光线。最终，位于焦平面后方的目镜如同放大镜，将此实像再次放大形成供人眼观察的虚像，实现目标的视角增大和亮度提升。然而，这种同轴系统有个先天缺陷——次镜和支架会挡住部分入射光线，就像用带黑点的眼镜看世界。

为解决这一问题，我国的科学家们制造出离轴三反光学系统，巧妙地将三个反射镜进行离轴排布，打破传统的光学元件从前到后依次排列的传统布局，将部分反射镜安排在光轴之外，能够彻底消除中心遮挡，让每一束光线都畅通无阻地到达“视网膜”。如同擦掉眼镜上的黑点，采用离轴三反光学系统的探测器，其成像对比度相较于同轴系统提升了30%以上，连火星表面的沟壑纹理都清晰呈现。

“天问一号”拍摄的高清火星影像图图片来源：中国国家航天局

“鱼与熊掌”之“高分辨率与大视场”兼得

空间遥感领域有个经典难题：想要实现高分辨率（如从太空看清地面车牌），需要增加镜头焦距；想要实现大视场（如从太空拍下整个城市），轴外点光线与光轴的夹角增大，其实际入射角度偏离设计值，会导致衍射光斑扩展，分辨率下降——二者犹如“鱼与熊掌”，不可兼得。而离轴三反光学系统却像一位“魔术师”，能够同时实现高分辨率与大视场。