制造业是国民经济的主体，是科技创新的主战场。改革开放以来，我国制造业持续快速发展，有力地推动了工业化进程，显著增强了综合国力。近年来，创造未来的科技发展新趋势颠覆性技术层出不穷，将要催生产业重大变革，成为社会生产力新飞跃的突破口。极端制造技术向极大和极小方向迅速推进。
大口径光学反射镜是高分辨率空间对地观测、深空探测和天文观测系统的核心元件，其制造技术水平对一个国家的国防安全、国民经济建设、基础科研能力和减灾具有重要意义，也是衡量一个国家高性能光学系统研制水平的重要标志。
欧美国家在大口径SiC光学反射镜制造技术方面处于垄断地位，具有1.5 m量级SiC陶瓷单体反射镜和3.5 m焊接SiC陶瓷反射镜的制备能力。我国大口径光学制造技术与世界先进水平存在较大差距，发展大口径SiC光学制造技术迫在眉睫。面向国家对大型光学仪器的战略需求，迫切需要研制具有自主知识产权的4 m量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统，开展大口径高精度非球面反射镜制造系统研究具有重要的科学价值和明确的应用背景，项目研究符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》的发展思路。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（以下简称“长春光机所”）自20世纪90年代起开展大口径光学系统制造技术研究，成功研制FSGJ系列非球面制造设备（图 1）、真空高温烧结炉（图 2）、PIAD离子辅助镀膜机（图 3）等关键设备，并形成了以SiC材料“无应力反应连接”、确定性非球面研磨抛光、非球面综合检验与精度校验、低温离子辅助SiC表面改性等技术为特色的大口径SiC非球面反射镜制造技术，为开展大口径SiC反射镜制造技术研究奠定了坚实的基础。
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| 图 1 FSGJ系列非球面制造设备 |
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| 图 2 真空高温烧结炉 |
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| 图 3 PIAD离子辅助镀膜机 |
2009年12月，国家重大科研装备研制项目“ 4 m量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统”批复实施，由长春光机所承担。在张学军研究员带领下，历经8年技术攻关，研究团队完成了SiC镜坯制备、非球面加工检测、SiC表面改性和反射镜表面镀膜的制造设备研制与制造工艺研究，形成了4 m量级高精度SiC非球面集成制造平台，并依托集成制造平台完成4 m量级高精度SiC非球面产品研制。
重大装备项目集成制造平台主要包括SiC反射镜镜坯制备系统、非球面加工检测系统以及非球面表面改性和Ag增强反射膜镀制系统3套子系统。集成制造平台包括核心设备共计15台套，其中自研14台套。
在4 m量级SiC反射镜镜坯制造、高精度非球面加工检测、SiC反射镜表面改性、大口径反射镜高反射膜镀制等方面形成了大口径SiC镜坯注浆成型工艺、无应力高精度素坯组合拼接工艺、大口径SiC镜坯反应烧结工艺、4 m量级超硬SiC陶瓷镜坯精密铣磨成型工艺、SiC反射镜非球面精密研磨工艺、4 m量级非球面反射镜表面轮廓测量工艺、SiC反射镜磁控溅射表面改性工艺、SiC反射镜改性层精密抛光工艺、SiC反射镜非球面立式光学检验与精密调整方法及磁控溅射法镀制4 m量级反射镜高反射率Ag增强反射膜工艺等10项具有自主知识产权的标准工艺规范。
基于自主研制集成制造平台以及具有自主知识产权的标准工艺规范，开展4 m量级高精度SiC非球面产品的研制，目前已经成功实现了4 m量级SiC反射镜镜坯制备、4 m量级SiC反射镜非球面加工精度优于20 nm RMS（Root Mean Square，均方根值），将应用于我国地基4 m口径大型光电系统。
2017年12月15日，中国科学院条件保障与财务局在长春组织召开国家重大科研装备研制项目“ 4 m量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统”测试会（图 4），测试专家组一致认为“ 4 m量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统”制造平台中各项设备功能和技术指标满足实施方案要求，各项技术指标满足实施方案要求。
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| 图 4 中国科学院条件保障与财务局在长春组织召开测试会 |
通过该国家重大科研装备研制项目的研究实施，项目组在SiC反射镜镜坯制备、非球面加工检测以及非球面表面改性与Ag增强反射膜镀制方面突破了凝胶注模成型、大尺寸单体SiC素坯工艺与设备、无应力组装连接与反应烧结一体化工艺与设备、高硬度材料精密成型设备与工艺、大曲率半径测量与控制技术、21轴6联动应力盘抛光技术、大口径长行程非球面干涉测量校验技术、大口径反射镜磁控溅射技术等一系列核心关键技术。
开发了SiC分散、均匀混合、流体制备和凝胶固化的装备，满足工程化应用要求；实现SiC多分块无应力拼接与连接，满足4 m量级大尺寸SiC反射镜坯制备要求；开发了适用于高硬度SiC陶瓷材料的铣磨工艺，圆满完成多块大口径反射镜的铣磨工作；解决了应力盘结构的优化与验证、应力盘的自动标定、应力盘加工边缘控制等一系列问题，开发了平转动应力盘抛光技术，解决了SiC非球面反射镜高效高精度加工难题；提出并采用Null Lens和CGH两种零位补偿检测方案，实现了非球面面形的高精度互检，确保了加工的正确性；突破了磁控溅射改性层及反射膜制备中应力控制、膜层结合力、表面缺陷控制等多项关键技术及工艺，实现了大口径磁控溅射技术在SiC反射镜表面改性层及反射膜制备方面的工程化应用。
在满足国家重大需求方面的代表性应用案例该项目研究成果打破了国外在大口径非球面制造技术的垄断地位，形成了具备自主知识产权的4 m量级大口径非球面反射镜研制能力，并已成功应用于多项国家重大型号项目及背景预研项目中，牵引出国家重大型号项目7项，总经费近50亿元。
基于该项目成果研制完成的1.5 m口径反射镜已成功应用于我国高分有效载荷系列产品（图 5）；攻克2 m口径单体SiC非球面反射镜高精度制造技术难题，各项指标满足工程总体任务要求，首次实现2 m口径SiC非球面反射镜在大型地面光电设备中的成功应用（图 6）；已经突破4 m量级大口径非球面反射镜制造工艺技术，正在开展4 m口径SiC非球面反射镜工程应用研究，即将应用于国家地基4 m口径大型光电系统项目。该项目使我国在大口径光学反射镜制造技术方面取得了跨越式发展，项目成果将持续应用于空间站多功能光学设施（未来国家空间站的标志性成果）、国家重点研发计划——“静止轨道高分辨率轻型成像相机系统技术”等一系列国家重大基础研究和工程项目研制。
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| 图 5 应用于高分有效载荷产品的1.5 m口径SiC非球面反射镜 |
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| 图 6 应用于大型地面光电设备的2 m口径SiC非球面反射镜 |
4 m量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统的成功研制，填补了多项国内空白，大幅提升了我国在高性能大型光学仪器的研制水平。该项目研究拉动了下游产业链的技术进步，对于提升我国大型光学材料制备、高精度重型机械制造设备、大型精密三坐标测量仪器、真空机械等相关产业的进步，起到了积极的推动作用。该项目的研究成果后续可以应用于空间对地观测、大型天文仪器等国家重大工程的研究，对我国的国防安全、基础科研、防灾减灾、公共安全、应急响应等领域具有重要战略意义。
专家点评中国科学院长春光学精密机械与物理研究所是国内最早开展大口径光学系统制造技术研究单位之一，通过主持国家重大科研装备项目“4m量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统”，突破了4m量级大型光电设备制造核心关键技术，技术成果已经相继应用于各类大型光电仪器设备，引领我国大口径光电系统性能实现跨越式发展，满足了国家重大战略需求。
——姜会林，中国工程院院士，长春理工大学教授
大口径光学反射镜是高分辨率对地观测、深空探测和天文观测系统的核心元件，其制造能力是衡量一个国家高性能光学系统的研制水平的重要标志。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所面向国家重大战略需求，立足自主研发，突破了4m量级SiC非球面反射镜研制关键技术，打破了国外大口径制造技术壁垒，为国家重大战略需求提供可靠的技术保障。
——高昕，中国人民解放军战略支援部队航天工程研究所高级工程师（教授级）