太空是一個極端的環(huán)境，將光學(xué)器件放在那里有很大的挑戰(zhàn)。光學(xué)和光機械組件需要足夠堅固，以承受火箭發(fā)射的力，同時還要盡可能輕巧緊湊，以降低成本。通常，整個光機械組件需要“折疊”才能發(fā)射，然后可靠地部署在太空中的對齊配置中。輻射效應(yīng)、真空操作以及大熱位移的可能性也需要考慮。材料、光學(xué)制造/測試以及主動補償方面的技術(shù)進步使重量更輕、性能更高性能的儀器能夠以更緊湊（更低成本）的體積實現(xiàn)。未來的傳感器進步帶來了更多的希望。

堅固但輕質(zhì)的材料是空間系統(tǒng)的關(guān)鍵使能技術(shù)。十年前，美國宇航局花費了大約10，000美元將一磅（0.45公斤）的設(shè)備送入軌道。今天，太空運載火箭的商業(yè)供應(yīng)商之一已將其降低到每磅約2，500美元。驚人的進步，但仍然昂貴！

用于結(jié)構(gòu)的蜂窩鋁、金剛石研磨的玻璃陶瓷以及用于光學(xué)反射鏡的碳化硅或鈹?shù)容p質(zhì)材料已經(jīng)使用多年。目前對納米復(fù)合材料（如碳納米管）的研究可以具有“設(shè)計師”特性制造，為進一步減輕重量提供了很大的希望。

更緊湊的太空光學(xué)器件的一大革命是使用自由曲面。我們將自由曲面定義為非旋轉(zhuǎn)對稱的，并且其輪廓比簡單的圓柱體或環(huán)形線圈更復(fù)雜。雖然軟件多年來一直能夠處理自由形狀的設(shè)計，但基于制造和計量學(xué)的進步，它們的使用已經(jīng)變得實用。Synopsys 是自由曲面光學(xué)中心 （CeFO） 的成員，該中心正在推進我們對理論設(shè)計考慮因素的理解，以使自由曲面的使用變得高效，并推進自由曲面的制造和計量方法。自由曲面將搭載下一代紅外大氣探測干涉儀（IASI-NG）以及其他系統(tǒng)。

基于間隔的光學(xué)器件的另一個里程碑是將自適應(yīng)光學(xué)校正用于大氣層上方的光學(xué)系統(tǒng)，這些光學(xué)系統(tǒng)正在向太空中觀察。這項技術(shù)的好處將被美國宇航局的寬視場紅外巡天望遠鏡（WFIRST）使用，該望遠鏡被命名為南希格雷斯羅馬太空望遠鏡。羅馬太空望遠鏡的任務(wù)是直接對系外行星進行成像。為此，它采用了帶有專用衍射掩模的冠狀圖，使來自主星的光通過破壞性“抵消”。由于組裝望遠鏡中的殘余誤差而導(dǎo)致的小殘余波前誤差，以及由于機械和熱應(yīng)力引起的望遠鏡光學(xué)元件的變化，由兩個可變形的鏡子補償。

天基光學(xué)的另一個潛在革命是曲面探測器的出現(xiàn)。如果允許圖像聚焦在曲面而不是平面上，則成像光學(xué)系統(tǒng)可以大大簡化。曲面?zhèn)鞲衅骺梢栽试S更寬視場的光學(xué)系統(tǒng)，而光學(xué)組件比目前所需的更少。雖然不是天基儀器，但由麻省理工學(xué)院林肯實驗室設(shè)計的DARPA空間監(jiān)視望遠鏡（SST）是一種使用彎曲CCD的非常寬視野，非常快（f / 1）的系統(tǒng)。這允許三鏡系統(tǒng)避免額外的光學(xué)器件來校正系統(tǒng)中的自然場曲率（Petzval）。

太空光學(xué)具有挑戰(zhàn)性，但技術(shù)的進步使人取得了巨大的進步。

審核編輯：郭婷