太空是一個(gè)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(jī)械組件需要足夠堅(jiān)固，以承受火箭發(fā)射的力，同時(shí)還要盡可能輕巧緊湊，以降低成本。通常，整個(gè)光機(jī)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(duì)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(cè)試以及主動(dòng)補(bǔ)償方面的技術(shù)進(jìn)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(shí)現(xiàn)。未來(lái)的傳感器進(jìn)步帶來(lái)了更多的希望。

堅(jiān)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(guó)宇航局花費(fèi)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(yùn)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(jìn)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(duì)納米復(fù)合材料（如碳納米管）的研究可以具有“設(shè)計(jì)師”特性制造，為進(jìn)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(duì)稱的，并且其輪廓比簡(jiǎn)單的圓柱體或環(huán)形線圈更復(fù)雜。雖然軟件多年來(lái)一直能夠處理自由形狀的設(shè)計(jì)，但基于制造和計(jì)量學(xué)的進(jìn)步，它們的使用已經(jīng)變得實(shí)用。Synopsys 是自由曲面光學(xué)中心 （CeFO） 的成員，該中心正在推進(jìn)我們對(duì)理論設(shè)計(jì)考慮因素的理解，以使自由曲面的使用變得高效，并推進(jìn)自由曲面的制造和計(jì)量方法。自由曲面將搭載下一代紅外大氣探測(cè)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(gè)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(xiàng)技術(shù)的好處將被美國(guó)宇航局的寬視場(chǎng)紅外巡天望遠(yuǎn)鏡（WFIRST）使用，該望遠(yuǎn)鏡被命名為南希格雷斯羅馬太空望遠(yuǎn)鏡。羅馬太空望遠(yuǎn)鏡的任務(wù)是直接對(duì)系外行星進(jìn)行成像。為此，它采用了帶有專用衍射掩模的冠狀圖，使來(lái)自主星的光通過(guò)破壞性“抵消”。由于組裝望遠(yuǎn)鏡中的殘余誤差而導(dǎo)致的小殘余波前誤差，以及由于機(jī)械和熱應(yīng)力引起的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)元件的變化，由兩個(gè)可變形的鏡子補(bǔ)償。

天基光學(xué)的另一個(gè)潛在革命是曲面探測(cè)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(jiǎn)化。曲面?zhèn)鞲衅骺梢栽试S更寬視場(chǎng)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(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的DARPA空間監(jiān)視望遠(yuǎn)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(lái)校正系統(tǒng)中的自然場(chǎng)曲率（Petzval）。

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

審核編輯：郭婷