韓瀟 曹珺雯 焦建超 呂紅 王超 葛婧菁 俞越

面向空間光學(xué)遙感器的增材制造技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

韓瀟1,2曹珺雯3焦建超1,2呂紅1,2王超1,2葛婧菁1,2俞越1,2

（1 北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）（2 先進(jìn)光學(xué)遙感技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094）（3 中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100120）

增材制造是一項(xiàng)變革性的數(shù)字化制造技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)新型復(fù)雜設(shè)計(jì)的實(shí)體制造，已在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。針對(duì)空間光學(xué)遙感器的輕量化、高效率、低成本以及快速制造的發(fā)展需求，文章通過(guò)對(duì)增材制造技術(shù)在國(guó)際空間光學(xué)遙感領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀的調(diào)研，分析了增材制造技術(shù)應(yīng)用于空間光學(xué)遙感器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。該內(nèi)容對(duì)推動(dòng)航天先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展，加快空間裝備的更新?lián)Q代具有參考價(jià)值。

增材制造 反射鏡 光機(jī)結(jié)構(gòu) 航天遙感

0 引言

在各類衛(wèi)星有效載荷中，空間光學(xué)遙感器發(fā)展最早，獲得的圖像或數(shù)據(jù)直觀易用，作為重要的天基信息獲取系統(tǒng)，在軍事偵察、資源勘察和環(huán)境探測(cè)等方面有極其重要的作用，一直以來(lái)都是各主要航天國(guó)家的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。中國(guó)的光學(xué)遙感近年來(lái)取得了巨大進(jìn)步，“高分”系列、“資源”系列、商遙系列、“海洋一號(hào)”系列、“風(fēng)云”系列等衛(wèi)星的發(fā)射，使空間對(duì)地觀測(cè)能力大幅提升，有效滿足了自然資源勘測(cè)、城市規(guī)劃、防災(zāi)減災(zāi)、海洋觀測(cè)、環(huán)境治理等應(yīng)用需求[1-6]。

空間光學(xué)遙感器屬于航天精密儀器，涉及的部組件眾多，利用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造方式存在技術(shù)流程復(fù)雜、周期長(zhǎng)、成本高等問(wèn)題，并且復(fù)雜輕量化光機(jī)結(jié)構(gòu)的加工難度大。近年來(lái)，增材制造技術(shù)迅速發(fā)展，已逐漸應(yīng)用于具有復(fù)雜輕量化結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件、光機(jī)結(jié)構(gòu)的快速制造，為輕量化、高性能空間光學(xué)遙感器設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展帶來(lái)重大機(jī)遇。本文分析了國(guó)際增材制造技術(shù)在空間光學(xué)遙感器設(shè)計(jì)與制造應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1 增材制造技術(shù)簡(jiǎn)述

1.1 技術(shù)原理及工藝分類

增材制造技術(shù)（Additive manufacturing，AM）又稱3D打印技術(shù)，是在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、信息技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及新材料與物理化學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上，集成發(fā)展起來(lái)的新型制造技術(shù)。與傳統(tǒng)制造業(yè)通過(guò)模具、車銑等機(jī)械加工方式對(duì)原材料進(jìn)行定型、切削以最終生產(chǎn)成品不同，增材制造是基于“離散—堆積”原理，采用材料逐層累加的方法制造實(shí)體零件。圖1為增材制造技術(shù)的基本流程[7]。

美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）的F42委員會(huì)把增材制造工藝分為光固化、材料噴射沉積、粘結(jié)劑噴射沉積、材料擠壓、粉末床熔合、定向粉末沉積和疊層制造等七類[8]。目前，基于不同的增材制造工藝，已有20多種增材制造技術(shù)被開發(fā)應(yīng)用，主流技術(shù)包括熔融沉積（Fused deposition modeling，F(xiàn)DM）、分層實(shí)體制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）、激光近凈成形（Laser Engineered Net Shaping，LENS）、光固化（Stereo Lithography，SLA）、選區(qū)激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering，SLS）[9-17]。各項(xiàng)工藝適用的原材料形態(tài)與工業(yè)應(yīng)用方向如表1所示。

目前，增材制造材料已超過(guò)300種，主要包括：聚合物、光敏樹脂、生物材料、金屬、陶瓷等[18]。單一傳統(tǒng)材料（聚合物、金屬和陶瓷等）構(gòu)件的增材制造過(guò)程大部分已經(jīng)商業(yè)化。隨著新能源、新工藝和新設(shè)備的開發(fā)，使得復(fù)合材料和功能梯度材料等新材料的增材制造技術(shù)取得重大進(jìn)展，已逐步應(yīng)用于汽車、航空航天和消費(fèi)產(chǎn)品等的快速制造[19]。圖2為增材制造材料、工藝與能源交互方式示意圖。

表1 增材制造工藝和材料類別及應(yīng)用方向

Tab.1 Materials and corresponding AMs

圖2 增材制造材料、工藝與能源交互方式示意

近年來(lái)，研究人員將增材制造技術(shù)與智能材料技術(shù)相結(jié)合，成形構(gòu)件可以在外界環(huán)境激勵(lì)下隨時(shí)間改變自身結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)某種功能化，即為近年來(lái)提出的4D打印技術(shù)。4D打印技術(shù)直接將設(shè)計(jì)內(nèi)置到材料中，簡(jiǎn)化了從設(shè)計(jì)理念到實(shí)物的造物過(guò)程。4D打印技術(shù)使3D打印結(jié)構(gòu)不再固定不變，而是可以在環(huán)境刺激下按照預(yù)先設(shè)定的指令進(jìn)行變化，使產(chǎn)品具有了“智能”、“聰敏”的特征，已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)[20]。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

增材制造不需要傳統(tǒng)的刀具、機(jī)床、夾具，能夠在一臺(tái)設(shè)備上制造出任意形狀的零部件產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了自由制造；增材制造可以解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成形，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，效果越明顯，生產(chǎn)周期大幅縮短；增材制造適合加工難度大、性能要求高、價(jià)值昂貴以及現(xiàn)有傳統(tǒng)制造方法無(wú)法加工的產(chǎn)品。增材制造技術(shù)優(yōu)勢(shì)具體表現(xiàn)為[7,18]：

1）無(wú)需大型工業(yè)加工制造設(shè)備及模具，能夠直接從計(jì)算機(jī)CAD圖形數(shù)據(jù)中生成實(shí)體產(chǎn)品，固定資產(chǎn)投資成本較低；

2）機(jī)械加工余量小、材料利用率高、生產(chǎn)周期短，特別適合中小批量產(chǎn)品制造及新產(chǎn)品研發(fā)；

3）不受模具的形狀和結(jié)構(gòu)的任何約束，理論上可以打印任何形狀及組裝的產(chǎn)品，可用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的直接制造，從而生產(chǎn)出用傳統(tǒng)方法難于生產(chǎn)甚至不能生產(chǎn)的形狀復(fù)雜的功能零部件；

4）可以實(shí)現(xiàn)整體打印成形，減少零件數(shù)量，避免了將一個(gè)復(fù)雜零件進(jìn)行分拆制造后通過(guò)焊接或螺接而帶來(lái)的重量增加和潛在的質(zhì)量缺陷，甚至能夠取消復(fù)雜零部件的裝配。

與鑄件和鍛件相比，增材制造金屬零件具有致密度高、組織細(xì)小、綜合力學(xué)性能優(yōu)異的特點(diǎn)，且制造周期大幅縮短[11]。表2為復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的增材制造與鍛造、鑄造方法在材料利用率、周期、返修率、費(fèi)用等方面的比較。

表2 復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的增材制造與傳統(tǒng)制造方法比較

Tab.2 A comparison of AM and the traditional manufacturing methods for complex structural components

然而，作為一項(xiàng)新興技術(shù)，增材制造技術(shù)在材料選擇、工藝特性和構(gòu)件性能等方面也存在局限性，如下所述[7]。因此，有學(xué)者認(rèn)為增材制造技術(shù)在短期內(nèi)很難全面替代傳統(tǒng)制造技術(shù)[21]。

（1）材料限制。可供增材制造的材料有限，而且打印設(shè)備對(duì)成形材料也非常挑剔，要求有一定的熔點(diǎn)和塑性，尚未形成增材制造材料的標(biāo)準(zhǔn)體系。

（2）構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力高。在材料增材成形過(guò)程中，由于溫度劇烈循環(huán)變化、非均勻循環(huán)固態(tài)相變以及約束激冷凝固，構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力難以控制，會(huì)導(dǎo)致大型構(gòu)件在打印過(guò)程中嚴(yán)重變形或開裂。

（3）尺寸精度較低。由于分層制造存在“臺(tái)階效應(yīng)”，每個(gè)層次雖然很薄，但在一定微觀尺度下，仍會(huì)形成具有一定厚度的“臺(tái)階”，對(duì)于弧形表面，則會(huì)造成精度上的偏差。

（4）可靠性較差。成形過(guò)程中對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)難以控制，導(dǎo)致零件性能穩(wěn)定性差，無(wú)法用作關(guān)鍵主承力結(jié)構(gòu)件。

綜上所述，增材制造技術(shù)能夠直接將虛擬的數(shù)字化實(shí)體模型轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品，極大地簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，降低了研發(fā)成本，縮短了研發(fā)周期，減少了資源消耗，使得復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的生產(chǎn)成為可能。與傳統(tǒng)制造方法相比，具有材料利用率高、產(chǎn)品設(shè)計(jì)自由度高、制造過(guò)程靈活等優(yōu)勢(shì)。因此，將增材制造技術(shù)應(yīng)用于空間光學(xué)遙感器的研制，能夠解決傳統(tǒng)制造方法的效率低、流程復(fù)雜、周期長(zhǎng)等問(wèn)題，與結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)相結(jié)合能夠大幅提升輕量化程度，且有助于實(shí)現(xiàn)光機(jī)一體化成形，提高系統(tǒng)穩(wěn)定度。但針對(duì)增材制造技術(shù)的局限性，需要通過(guò)合理選擇材料體系、優(yōu)化成形及后處理工藝、與傳統(tǒng)制造方法相結(jié)合等方式，提高成形精度，降低內(nèi)應(yīng)力，減少內(nèi)部缺陷，滿足空間光學(xué)遙感器在軌應(yīng)用的要求。

2 增材制造技術(shù)在空間光學(xué)遙感器的應(yīng)用

增材制造已經(jīng)涵蓋了金屬、陶瓷及各類復(fù)合材料的快速成形，結(jié)合目前的工藝條件和設(shè)備等能力，增材制造已逐漸在空間光學(xué)遙感器的反射鏡鏡坯等光學(xué)元件的快速制造、光機(jī)結(jié)構(gòu)快速成形等方面得到應(yīng)用與驗(yàn)證。

2.1 光學(xué)元件

隨著增材制造技術(shù)的日漸成熟，增材制造材料的不斷豐富，使其從單一力學(xué)結(jié)構(gòu)成形逐漸向功能化結(jié)構(gòu)成形轉(zhuǎn)變。對(duì)于空間光學(xué)遙感器而言，利用增材制造技術(shù)制造具有復(fù)雜輕量化結(jié)構(gòu)的反射鏡鏡坯已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。

2015年，美國(guó)亞利桑那大學(xué)利用選區(qū)激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技術(shù)分別制造了鋁合金和鈦合金光學(xué)反射鏡鏡坯，再通過(guò)機(jī)械拋光技術(shù)對(duì)鏡面進(jìn)行光學(xué)加工（見圖3）。鏡坯的表面粗糙度均方根誤差RMS值為0.27mm，面形精度PV值為0.86mm。在此基礎(chǔ)上，該研究團(tuán)隊(duì)對(duì)鏡面進(jìn)行了精細(xì)研磨和精拋光，最終鏡面的RMS值和PV值分別達(dá)到了22nm和225nm，能夠滿足實(shí)際光學(xué)應(yīng)用需求[22]。

圖3 SLM成形鋁合金與鈦合金鏡坯

Fig.3 Aluminum and Titanium mirrors of SLM

2018年，德國(guó)Fraunhofer實(shí)驗(yàn)室利用SLM制造了內(nèi)蜂窩結(jié)構(gòu)的鋁合金金屬反射鏡原型，通過(guò)金剛石單點(diǎn)車削和表面鍍Ni得到光學(xué)鏡面，實(shí)現(xiàn)尺寸為150mm的反射鏡表面粗糙度小于1nm、面形偏差小于150nm的天文望遠(yuǎn)鏡光學(xué)精度（見圖4）。能夠?qū)⑻胀h(yuǎn)鏡的鏡組質(zhì)量減小63.5%[23]。

圖4 金剛石車削的具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的鋁合金反射鏡和面形偏差

Fig.4 A diamond turned mirror with non-trivial interior structure and its surface shape deviation

增材制造技術(shù)也被應(yīng)用在與陶瓷材料的無(wú)模成形。利用增材制造技術(shù)對(duì)碳化硅鏡坯快速成形，結(jié)合燒結(jié)工藝與光學(xué)加工工藝實(shí)現(xiàn)光學(xué)反射鏡的快速制造。由于SiC陶瓷沒(méi)有固定熔點(diǎn)，在2 500℃以上會(huì)分解為C和Si，因此，需要添加粘結(jié)劑實(shí)現(xiàn)SiC陶瓷鏡坯的增材制造。2017年，法國(guó)3D Ceram公司提出利用SLS技術(shù)制造反射鏡鏡坯的概念設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)陶瓷結(jié)構(gòu)的超輕量化和快速制造（見圖5）。

圖5 增材制造陶瓷鏡坯

另外，玻璃材料增材制造技術(shù)也逐漸被研究開發(fā)，使其應(yīng)用于光學(xué)透鏡的快速制造成形成為可能[24-26]。荷蘭LUXeXceL公司開發(fā)出專門用于3D打印光學(xué)材料的技術(shù)，能一步打印完成光學(xué)元件，無(wú)需進(jìn)行諸如拋光、磨削、上色等后期處理。該系統(tǒng)基于成熟的寬幅工業(yè)噴墨印刷設(shè)備研發(fā)而成。先注入可紫外線光固化的高分子透明液滴，然后經(jīng)打印頭端高強(qiáng)度紫外線燈光照射而固化。最終形成各異的幾何形狀，包括透明棱鏡、透鏡、全彩色3D圖形和紋理等。LUXeXceL公司在光學(xué)打印技術(shù)基礎(chǔ)上，推出了一種面向透射式光學(xué)產(chǎn)品的增材制造平臺(tái)以及新型的LUX-Opticlear處理技術(shù)，與其他3D打印方法相比，可直接打印出光滑表面，透光率達(dá)到96.9%，光學(xué)產(chǎn)品的厚度高達(dá)20mm（見圖6）。

圖6 3D打印光學(xué)透鏡元件

2.2 光機(jī)結(jié)構(gòu)件

空間光學(xué)遙感器的光機(jī)結(jié)構(gòu)需具備足夠的強(qiáng)度和剛度，并具有良好的穩(wěn)定性，為保證光學(xué)成像質(zhì)量，還需進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，且盡量采用輕質(zhì)材料。對(duì)光機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，一方面可以減少零件裝配；另一方面，采用同種材料整體式結(jié)構(gòu)可以降低系統(tǒng)的溫度敏感性，可以從設(shè)計(jì)角度保證光機(jī)熱穩(wěn)定性。增材制造技術(shù)應(yīng)用于空間光學(xué)遙感器光機(jī)結(jié)構(gòu)成形，能夠增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自由度和輕量化程度，減少零件數(shù)量，降低裝配復(fù)雜度。利用增材制造技術(shù)，結(jié)合拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)同種材質(zhì)的復(fù)雜輕量化光機(jī)結(jié)構(gòu)的直接成形。

2014年，NASA研制了3D打印光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（見圖7）。這臺(tái)全功能的長(zhǎng)50.8mm望遠(yuǎn)鏡，除了鏡面和玻璃透鏡用傳統(tǒng)方法制造外，其外管、擋板和光學(xué)架都作為獨(dú)立結(jié)構(gòu)件均由鋁鈦粉3D打印制造，僅需制造4個(gè)零件，整體大小適配于CubeSat小衛(wèi)星。如果用傳統(tǒng)制造方法制造，零件的數(shù)量會(huì)增至20~40個(gè)。而且，用于消除雜散光的遮光罩擋板具有一定的角度排列，傳統(tǒng)加工方法無(wú)法在一個(gè)零件中實(shí)現(xiàn)[27]。

2020年，ESA支持了一項(xiàng)新的增材制造太空望遠(yuǎn)鏡研究項(xiàng)目，原型是NASA的EOS-Aura任務(wù)臭氧監(jiān)測(cè)儀（OMI）。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，并采用金屬增材制造技術(shù)制造了望遠(yuǎn)鏡組件（見圖8）。經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)的太空望遠(yuǎn)鏡有三個(gè)主要部分組成，包括望遠(yuǎn)鏡的兩個(gè)鏡面，均用航天級(jí)鋁合金材料制造。相比于OMI望遠(yuǎn)鏡2.8kg的質(zhì)量，重新設(shè)計(jì)的增材制造望遠(yuǎn)鏡質(zhì)量?jī)H為0.76kg，減小了73%，而性能并沒(méi)有降低。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)得到了一系列優(yōu)化結(jié)果，將原始設(shè)計(jì)中望遠(yuǎn)鏡的6個(gè)支撐腿的6個(gè)附著點(diǎn)優(yōu)化為4個(gè)附著點(diǎn)。

圖7 NASA的3D打印望遠(yuǎn)鏡

圖8 ESA的3D打印望遠(yuǎn)鏡

2.3 在軌原位制造

高分辨率空間光學(xué)遙感器在軍事偵察、空間科學(xué)探測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮著重大的應(yīng)用價(jià)值。為獲得更高的空間分辨率，需不斷增大空間光學(xué)遙感器的光學(xué)口徑，如：在地球靜止軌道實(shí)現(xiàn)1m分辨率的對(duì)地觀測(cè)，光學(xué)口徑需達(dá)到10m以上。但由于受到材料、制造工藝、地面加工設(shè)備及運(yùn)載能力等的限制，僅靠傳統(tǒng)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)10m以上超大口徑空間光學(xué)遙感器的在軌部署。增材制造技術(shù)可以通過(guò)僅發(fā)射原材料粉末或絲材以及制造設(shè)備，利用空間智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)空間裝備的在軌原位制造，不受發(fā)射約束條件、地面設(shè)備以及地面重力等的限制，且實(shí)施成本較低，使未來(lái)超大型空間裝備的在軌實(shí)現(xiàn)成為可能。國(guó)際上各國(guó)均開展了增材制造技術(shù)的在軌驗(yàn)證，并提出了空間大型結(jié)構(gòu)在軌制造的設(shè)計(jì)構(gòu)想，圖9為NASA提出的Archinaut在軌制造項(xiàng)目概念圖。2017年，Made In Space公司在NASA的支持下，在國(guó)際空間站的太空環(huán)境下完成了大型構(gòu)件的3D打印[28-29]。2020年，中國(guó)在新一代載人飛船試驗(yàn)船內(nèi)首次完成了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人參與、自主控制，驗(yàn)證了微重力環(huán)境下復(fù)合材料3D打印成形技術(shù)。

圖9 NASA的Archinaut項(xiàng)目在軌制造概念

總之，增材制造技術(shù)能夠應(yīng)用于空間光學(xué)遙感器的反射鏡鏡坯等光學(xué)元件的快速制造，也能應(yīng)用于復(fù)雜輕量化光機(jī)結(jié)構(gòu)的整體成形。但由于增材制造工藝本身的技術(shù)特點(diǎn)，容易造成零件內(nèi)部分層現(xiàn)象，在溫度變化時(shí)，內(nèi)分層的各項(xiàng)異性會(huì)導(dǎo)致反射鏡面形退化達(dá)到數(shù)十納米。另外，增材制造的切片層厚與成形效率成正比，與成形精度成反比，對(duì)于大口徑反射鏡及大尺寸構(gòu)件而言，其成形效率與精度不可兼顧。因此，后續(xù)研究應(yīng)注重開展增材制造原材料設(shè)計(jì)、成形精度控制以及后處理工藝優(yōu)化等方面的研究，應(yīng)從以上方面解決大尺寸鏡坯及光機(jī)結(jié)構(gòu)增材制造的問(wèn)題。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)空間應(yīng)用性能的驗(yàn)證評(píng)估。另外，在未來(lái)超大口徑空間光學(xué)遙感器的在軌制造，增材制造技術(shù)應(yīng)重點(diǎn)開展原材料制備、在軌制造設(shè)備及工藝等關(guān)鍵技術(shù)研究與空間環(huán)境適應(yīng)性驗(yàn)證。

3 結(jié)束語(yǔ)

增材制造技術(shù)推動(dòng)了航天器向輕量化、整體化、結(jié)構(gòu)功能一體化等方向的發(fā)展，同時(shí)，也加速了航天創(chuàng)新設(shè)計(jì)的發(fā)展與實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，增材制造技術(shù)不斷應(yīng)用于空間光學(xué)遙感器關(guān)鍵部組件的快速制造領(lǐng)域，逐漸體現(xiàn)出以下優(yōu)勢(shì)：

1）滿足空間光學(xué)遙感器輕量化、短周期、低成本研制需求。隨著空間光學(xué)遙感器產(chǎn)品研制任務(wù)的不斷增加與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的不斷惡劣，對(duì)光學(xué)載荷研制的要求日益苛刻，而且，對(duì)新型空間光學(xué)遙感器的研制需求迫切。增材制造技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜輕量化結(jié)構(gòu)鏡坯與光機(jī)結(jié)構(gòu)的一次成形，縮短加工周期，滿足載荷輕量化、短周期、低成本研制需求。并能夠應(yīng)用于創(chuàng)新產(chǎn)品的快速技術(shù)驗(yàn)證，縮短研制周期。

2）促進(jìn)光學(xué)載荷產(chǎn)品向功能設(shè)計(jì)與加工制造一體化的轉(zhuǎn)變。在對(duì)空間光學(xué)遙感器產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者既要考慮功能與結(jié)構(gòu)，還需考慮加工制造工藝，采用增材制造技術(shù)，能夠解放制造技術(shù)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的束縛，可以直接面向載荷功能進(jìn)行高自由度創(chuàng)成式設(shè)計(jì)，推動(dòng)空間光學(xué)遙感器產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)與加工制造一體化的轉(zhuǎn)變。

3）引領(lǐng)未來(lái)大型空間裝備在軌制造技術(shù)的發(fā)展。作為空間技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的標(biāo)志性里程碑，超大口徑高分辨率空間光學(xué)遙感器是當(dāng)今世界最具挑戰(zhàn)性和先進(jìn)性的航天高新裝備之一，增材制造技術(shù)能夠應(yīng)用于未來(lái)超大口徑空間光學(xué)遙感器的在軌直接制造，不受發(fā)射條件和地面制造能力的約束，降低研制成本。

因此，增材制造技術(shù)在空間光學(xué)遙感器制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，能夠推動(dòng)航天先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展，加快空間裝備的更新?lián)Q代。

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Applications and Development of Additive Manufacturing for Space Optical Remote Sensors

HAN Xiao1,2CAO Junwen3JIAO Jianchao1,2LYU Hong1,2WANG Chao1,2GE Jingjing1,2YU Yue1,2

（1 Beijing Institute of Space Mechanics and Electricity, Beijing 100094, China）（2 Beijing Key Laboratory of Advanced Optical Remote Sensing Technology, Beijing 100094, China）（3 China Aviation Integrated Equipment Company Limited, Beijing 100120, China）

Additive manufacturing (AM) is regarded as a revolution technology，which enable the innovative and complex design forms that cannot be produced by the conventional manufacturing methods. AM has been widely used in the aerospace manufacturing field. As a precision system, space optical instruments have many rigid requirements, such as high resolution, light weight, low cost and short schedule. This paper analyzes the progress and advantages of AM research for space optical remote sensing applications. It is of great significance to promote the advanced space manufacturing technology rapidly and accelerate the renewal of space equipments.

additive manufacturing; optical mirror; opto-mechanical structure; aerospace remote sensing

O435；TH74

A

1009-8518(2021)01-0074-10

10.3969/j.issn.1009-8518.2021.01.009

韓瀟，男，1980年生，2009年獲哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)專業(yè)博士學(xué)位，高級(jí)工程師。主要研究方向?yàn)樵霾闹圃旒夹g(shù)及其在空間光學(xué)遙感領(lǐng)域的應(yīng)用及評(píng)價(jià)研究。E-mail：hanxiao1998@126.com。

2020-08-26

國(guó)家自然科學(xué)基金（U1537105）

韓瀟, 曹珺雯, 焦建超, 等. 面向空間光學(xué)遙感器的增材制造技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 航天返回與遙感, 2021, 42(1): 74-83.

HAN Xiao, CAO Junwen, JIAO Jianchao, et al. Applications and Development of Additive Manufacturing for Space Optical Remote Sensors[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2021, 42(1): 74-83. (in Chinese)

（編輯：龐冰）