美国用折叠技术制造最大太空望远镜光电资讯及信息发布光行天下最大的光电技术社区

2013年12月5日,美国国防部先进研究项目局(DARPA)展示了基于塑料研制的可折叠轨道望远镜镜片,其聚合物薄膜材质只有玻璃的七分之一重,将用于“薄膜光学成像仪实时利用”(MOIRE)或简称为“云纹”项目,是利用地球同步轨道成像卫星提供持续监视能力,预计2014年发射,DARPA称最终版本使用薄膜成像阵列直径将达到68英尺(20米),搭载此种镜头的卫星每台造价5亿美元。

“云纹”项目自2010年3月启动,2011年9月MOIRE结束了第一阶段的研究,已经试验了0.6米口径的衍射光学薄膜,传统上光学薄膜作为光学望远镜使用一直过于低效。“云纹”则将效率从30%提高到了55%,达到将近一倍的效率,实现薄膜首次用于光学元件的技术。并通过薄膜光学器件第一次采集到了图像。

目前已经进入第二和最后阶段,由波尔航太公司(BallAerospace)负责设计一座口径5公尺的望远镜,2012年夏,空军学院在“波音727”飞机微重力飞行期间验证了“猎鹰卫星7”薄膜部署系统。此外,“云纹”项目将通过美国空军学院的“猎鹰卫星7”进行小型薄膜光学系统在轨试验。“猎鹰卫星7”计划2014年发射。

DARPA表示,该项目将能展现其制造大型薄膜与可撑开薄膜的大型结构的能力,同时展示用以将衍射光学仪器转换成宽频成像设备的次级光学元件。

第三阶段是选择性的系统展示,将发射一座口径10公尺的望远镜进入太空中进行飞行测试,最终完成的望远镜口径将达20米,同现有的斯必泽太空望远镜、哈勃太空望远镜、韦伯太空望远镜(口径6.5米,将是有史以来最大的太空望远镜)、凯克望远镜(当前世界上已投入工作的最大口径的光学望远镜,口径10米,被安放在夏威夷)的镜头进行比较,薄膜制造的光学元件的效率比玻璃制造的低90%,但是受益于轻量化的材料,可以通过使用更大尺寸的镜头予以弥补,通过原型机的测试,使用“云纹”的新型光学系统将可以实现同现有系统一样的分辨率的成像质量,而重量只有现有系统的七分之一。图为“云纹”项目望远镜在太空中工作的动画。

“云纹”使用衍射薄膜技术,入轨后展开直径20米的大型光学薄膜,厚度同家用保鲜膜大致相同,可藉由蚀刻出来的衍射图形将光线聚焦在感应器上,使其能“看见”物体。据DARPA的合约指出,此种望远镜可以侦测移动速度低于每小时60英里(96公里)的飞弹发射器,将在静止轨道上实现优于2.5米的高分辨率。图为模拟动画中望远镜展开。

而更高的运行轨道也增加了敌方进行反卫星作战的难度,DARPA要求卫星可以通过一次发射就能完成部署,DARPA的项目经理中校拉里·冈恩称:“光学薄膜可以使我们能够使用更小,更轻的装置携带更大,分辨率更高的望远镜,并且突破传统材料制造的光学设计的限制。大大降低整体成本,并采用更小,更便宜的运载火箭能够更及时部署。图为模拟动画中望远镜的一端逐渐展开。

如果“云纹”项目在DARPA手中走完研制过程,并在不太遥远的未来成功转化为实际侦察卫星项目并投入使用的话,美国将获得空前的侦察能力。虽然“云纹”只明确提到了“飞毛腿”导弹,似乎只是为了克服历次战争中对“飞毛腿“侦察的漏洞,但从“云纹”的指标看,高达2.5米的分辨率不仅可以对”飞毛腿“导弹的发射车和导弹发射进行实时精确探测,对体积更大的中程弹道导弹发射车的实时探测效果只会更好。在美国提出”空海一体战”战略,试图打击我国内陆弹道导弹机动发射车的形势下,“云纹”如果最后转换为实际侦察卫星项目投入使用,将完全填补美国无力远距离定位我国内陆目标的侦察缺口,其战略意义怎么说也不过分。图为模拟动画中望远镜的一端逐渐展开。

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