8月23日，是天问一号遨游太空、追梦火星13个月整，也是祝融号火星车平安在火星度过100天的日子，更是行驶里程突破1000米的关键一天。已圆满完成既定使命的祝融号，状态良好、步履稳健、能源充足，后续将继续向乌托邦平原南部的古海陆交界地带行驶，实施拓展任务。
记者近日从中国科学院南京分院获悉，中科院南京天文仪器有限公司（下称“中科天仪”）研制的光学系统，用于本次火星探测计划两台光学探测类科学载荷：祝融号火星车上的“火星表面成分探测仪”和火星环绕器上的“火星矿物光谱分析仪”，为此次火星探测任务作出了重要贡献。
这两台光学载荷由中科院上海技术物理研究所牵头研制。“火星表面成分探测仪”用于开展火星着陆区表面元素、矿物和岩石的高精度科学探测，“火星矿物光谱分析仪”则用于火星表面物质成分调查和分析，目前这两台载荷均已顺利开展科学探测，并成功下传探测数据。
“如果说光学载荷是火星车上的‘千里眼’，那么它的光学系统就相当于眼球的‘晶状体’，用于汇聚光线，实现清晰成像。”“中科天仪”科技处处长朱庆生研究员科普道，光学载荷主要由光学系统、机械结构、成像器件和控制分析软件四大部分组成，而光学系统是核心，它的主镜、次镜、施密特改正镜和离轴反射镜等光学镜面，均是“中科天仪”组织核心科技力量为此次火星任务而专门攻关研制的产品。在此次探测任务中，这批光学镜面的指标精度完全符合设计要求，综合性能表现良好。
如何让这个小小的“晶状体”到了火星后有效实现功能，成为科研团队一个不小的挑战。
“轻量化指标极高”是团队接到任务后首先需要考虑的问题。地球与火星距离遥远，飞行时间漫长，“轻量化”能减少系统质量降低能量消耗，最大程度保证飞行成功，以及在前所未知的火星表面有效行动。但是，高轻量化会导致镜体的刚度下降，抗变形能力降低，镜面的精度和稳定性会下降，势必会影响光学系统性能，故而必须解决上述问题。
为了克服困难，“中科天仪”科研团队在镜体轻量化结构设计、机械结构设计、超轻量化镜体加工与检测等方面进行集智攻关，并组建了各个任务团队，主要包括光机系统设计团队，负责镜体和机械结构的优化设计、分析仿真等工作；镜体加工检测团队，负责镜体轻量化结构加工、高精度镜面加工、镜体镜面检测等工作；系统装调检测团队，负责光学系统的装配、性能调试、检测等工作；生产管理团队，负责生产调度、设备维护、质量管理、安全生产等工作，最终圆满克服了各种困难，完成了既定任务。
为了“祝融”能在火星上拥有“火眼金睛”，航天光学载荷需要具备高清晰成像功能。为此，设计单位采用了离轴多反非球面镜系统，消除系统色差、抑制系统各类像差，同时实现了无中心遮拦的清晰成像。朱庆生研究员告诉记者，离轴、多反、非球面这三个要求都是光学仪器研制的难点，同时实现三方面的极限技术要求，对于光学加工、装调、检测都提出了极高的要求。团队通过改进离轴非球面镜加工工艺、设计专用检测工装、发明离轴多反装配和检测方法等创新，圆满解决了研制过程中的技术障碍。
在实际探测任务中，“中科天仪”这批光学镜面的指标精度也完全满足了设计要求。为了满足两台光学载荷的高精度探测要求，火星任务光学镜面的精度指标需要比通常光学仪器的镜面精度更高，需要将实际镜面与设计镜面的误差控制到纳米量级，才能实现更清晰的成像，满足高精度探测要求。这也是此次任务的另一大挑战。
朱庆生研究员说，光学镜面的精度依靠精密光学加工和光学检测来实现，通过多工序的加工检测迭代来完成。在这个过程中，科研团队做了大量的计算与检验工作。在镜面磨削、研磨、精密抛光等工序中，优化相应的加工工艺，设计对应的检测方法，针对检测出的误差，再进行反馈补偿加工。像这样反复迭代，误差不断收敛，才最终达到技术要求的精度指标。
此外，“中科天仪”还做了大量的工作加强光学产品的可靠性以及环境适应性，包括对发射过程的强烈振动、太空真空、低温、失重等情形的适应性，这充分保障了产品在特殊环境下的有效性能。该项目创新发展的新技术，也将在天文仪器、大气探测仪器、激光通信与量子通信设备、光学检测仪器等方面拥有广泛的应用前景。
（作者 | 蔡姝雯 晏庆合，本文转载自《新华日报》2021年08月25日 第15版）
