从伽利略首次将望远镜指向星空至今，人类对宇宙奥秘的探索从未停止。观测分辨率与灵敏度的每一次飞跃，本质上都依赖于望远镜口径的不断扩大 。然而，随着镜面尺寸迈向米级甚至十米级，传统的单体镜制造已接近物理与经济成本的极限 。近日，

Light: Advanced Manufacturing 发表了题为“

A review of manufacturing technology progress for astronomical telescope mirrors

”的综述文章，由 上海交通大学张鑫泉教授团队

协同多家顶尖研究机构深度总结。文章系统梳理了从材料创新到全链路制造工艺的进化史，剖析了如何通过亚纳米级的精度控制，为下一代“大眼睛”望远镜打磨出观测宇宙深处的深邃目光 。

望远镜镜面的制造是一场跨越宏观尺度与微观精度的极限挑战，文章将其核心技术演进总结为以下三个关键维度：

一、基底材料：构筑光学性能的坚实物理边界

材料的选择决定了镜面性能的“天花板”，理想材料需在低热膨胀、高比刚度、低密度和易加工性之间取得平衡 。

• 先进玻璃陶瓷（如 ZERODUR®）： 这种材料由嵌入玻璃相的纳米级晶体组成，热膨胀系数在室温下几乎为零 。它已在 VLT、Keck 以及钱德拉 X 射线天文台等项目中证明了其长达 40 年的稳定性 。

• 金属铍 (Beryllium)： 作为詹姆斯·韦布空间望远镜 (JWST) 的核心，铍凭借极高的比刚度和优异的极低温稳定性脱颖而出 。通过 O-30 粉末冶金与精密背面减重加工，JWST 的子镜在保持形貌稳定的同时，单片重量仅为 20 kg 。

• 碳化硅 (SiC)： SiC 拥有极高的比刚度和热导率，是大型非球面镜的理想选择 。长春光机所 (CIOMP) 研制的 4.03 米 SiC 镜面，通过反应连接技术将 12 个片段缝合为单体，并利用 PVD 硅包覆解决了其表面孔隙问题，实现了世界领先的精度 。

• 新兴复合材料： 超轻量化的碳纤维增强塑料 (CFRP) 镜面通过精密模具复制技术，已能实现 0.6 μm 的形貌精度，为未来空间探测提供了更轻的选择 。

图1：全球领先的天文望远镜

二、制造工艺：全空间频率误差的严苛管控

现代光学评价已从单一的表面面形精度转向“全空间频率”域，要求从宏观到微观对所有偏差进行精确控制 。 。

• 确定性加工链： 工艺流程通常从超精密金刚石车削或磨削开始，产生初始面形 。随后，磁流变抛光 (MRF) 和离子束修形 (IBF) 等先进技术被用于精修中高频误差 。

• 磨削中的“柔”与“刚”： 在磨削硬脆材料时，精确控制延性域磨削 (BDT) 至关重要 。通过将切削深度控制在纳米级阈值内，可以实现类似金属的塑性去除，从而抑制脆性断裂，减少亚表面损伤 。

• 场辅助制造技术： 激光辅助加工 (LAM) 通过热力耦合效应降低材料硬度，显著提升加工效率 ；而超声辅助磨削 (UAG) 则通过高频振动抑制裂纹扩展，使表面粗糙度降低 20% 以上 。

图2：碳化硅天文望远镜制造流程图

三、范式转移：从“精工细作”到“智能批产”

为突破单体镜面的尺寸天花板，分段拼接式主镜技术引发了制造范式的根本性变革 。

• 从“孤品”到“批产”： 如 30 米望远镜 (TMT) 和欧洲极大望远镜 (ELT)，目标已从制作单片完美镜子转变为数百片高度一致的子镜批量化生产 。

• 高效抛光方案： 应力镜抛光 (SMP) 技术通过在加工时施加应力使镜面变形，在球面状态下加工出非球面面形，释放应力后即可获得所需形状，极大提升了生产效率 。

• 智能制造单元： 引入机器人手臂、数字孪生系统和人工智能算法，实现了加工过程的实时反馈与参数优化，这是支撑未来巨型光学工程的基石 。

图3：GMT镜片的批量制造流程

总结与展望

天文望远镜镜面制造技术正从传统的“手工艺”演变为复杂的“系统工程” 。尽管我们在亚纳米级抛光和新型材料应用上取得了丰硕成果，但如何稳定保持亚纳米级别的粗糙度、精准控制加工引起的亚表面损伤，以及确保在极端空间环境下的长期性能稳定性，依然是摆在科研人员眼前的“硬骨头” 。未来，随着材料-工艺协同设计、全闭环智能制造及元宇宙/数字孪生技术的深度融合，我们有望构建出更具可持续性的制造框架，打造出视野更广阔、探测更深邃的极端光学系统，带人类领略更遥远的时空风景。