项目名称：空间光学先进制造基础理论及关键技术研究首席科学家：李圣怡中国人民解放军国防科学技术大学起止年限：2011.11-2016.8依托部门：国防科技大学一、关键科学问题及研究内容以新一代大口径、轻量化、复杂面形、纳米精度为特点的空间光学元件制造技术为研究对象，围绕大镜轻量化、高精度面形加工、复杂面形检测与评价等关键环节，揭示空间光学制造全过程的科学规律，建立和发展以超精、高效、可控自动化为特色的光学制造新方法和核心技术体系。开展以下关键科学问题的研究：科学问题一：功能结构材料空间光学镜体轻量化定量反演设计与复合能场作用的结构创成机制大镜轻量化带来了空间光学元件由光学性能约束向光学力学性能复合约束的革命性变化。大镜镜坯制造经历镜体设计、减重加工和表面成形等关键工序，将设计、加工作为一个整体，研究可制造性条件下的反演设计和镜体的高稳定制造技术。针对新材料和极度轻量化要求，分析镜体刚度和局部刚度的受控条件，研究基于力学性能要求的拓扑优化设计方法，分析制造过程应力应变对结构稳定性的影响规律，提出可制造性条件约束下的创新构型反演设计方法；研究复合能场作用下功能结构一体化材料的去除机理，探索轻量化结构生成的应力应变调控机制及其加工方法；基于压痕断裂力学理论，研究超硬SiC材料微磨机理，分析大镜微磨条件下砂轮磨损的钝化规律，提出砂轮在线修锐方法和恒压控时磨削工艺，形成光学表面生成的优化工艺方法；实现轻量化和结构刚度、整体质量和局部刚度、结构形状和可制造性、能场复合和损伤调控等条件下的有效协同制造。通过多学科交叉研究，系统形成轻量化大镜的空间光学可制造性理论。科学问题二：衍射极限条件下纳米精度复杂光学面形生成机理及全频段误差表征与控制108量级的超大尺度精度比突破了传统制造工艺精度等级的极限，为了提高成像质量，实现光学性能约束下的制造，传统机械制造面形、波纹度、粗糙度的公差理论已不能满足空间光学制造全频段误差的表征与控制要求。因此需要将复杂面形的高精度展成、纳米精度表面生成和全频段误差的表征与控制作为一个整体，系统研究变曲率约束下复杂光学表面展成的几何与物理表征，揭示大型超精密光学磨床少轴高刚性流形结构的反演规律；基于Harvey-Shack散射理论和Goodman统计光学理论，提出中高频误差的小波分析方法，解析全频段误差和光学性能之间的映射关系，提出科学表征和一致收敛的控制方法；研究磁流变、离子束等低应力抛光的...
