快科技7月20日消息，2021年，「天問一號」探測器在距火星220萬公里處拍攝下火星的首張高清「肖像」。
很少有人知道，記錄這歷史性瞬間的「眼睛」，它真正的名字是——離軸三反光學系統。
據央視報道，此前，這項核心技術長期被歐美國家列入「禁止出口」清單，實施嚴密的技術封鎖。
如今，我國的科學家們已突破重重壁壘，使其成為我國空間探索任務中不可或缺的「標準配置」。
傳統天文望遠鏡通常由物鏡（折射式望遠鏡為透鏡，反射式望遠鏡為凹拋物面主鏡）和目鏡（凸透鏡）組成。
這種設計的成像原理是遙遠天體的微弱光線首先被大口徑物鏡收集並匯聚，隨後在折射望遠鏡中，透鏡折射光線在焦平面形成實像；反射望遠鏡則利用凹面主鏡反射匯聚光線。
最終，位於焦平面後方的目鏡如同放大鏡，將此實像再次放大形成供人眼觀察的虛像，實現目標的視角增大和亮度提升。
然而，這種同軸系統有個先天缺陷——次鏡和支架會擋住部分入射光線，就像用帶黑點的眼鏡看世界。
為解決這一問題，我國的科學家們製造出離軸三反光學系統，巧妙地將三個反射鏡進行離軸排布，打破傳統的光學元件從前到後依次排列的傳統布局，將部分反射鏡安排在光軸之外，能夠徹底消除中心遮擋，讓每一束光線都暢通無阻地到達「視網膜」。
如同擦掉眼鏡上的黑點，採用離軸三反光學系統的探測器，其成像對比度相較於同軸系統提升了30%以上，連火星表面的溝壑紋理都清晰呈現。
空間遙感領域有個經典難題：想要實現高解析度（如從太空看清地面車牌），需要增加鏡頭焦距；想要實現大視場（如從太空拍下整個城市），軸外點光線與光軸的夾角增大，其實際入射角度偏離設計值，會導致衍射光斑擴展，解析度下降——二者猶如「魚與熊掌」，不可兼得。而離軸三反光學系統卻像一位「魔術師」，能夠同時實現高解析度與大視場。
具體而言，團隊通過計算全息檢測（CGH）技術，將三片非球面鏡的離軸量精確控制在微米級，最終實現的視場角達到驚人的30°×25°，足以在500公里高空同時捕捉上海市區和太湖全貌，同時，地面解析度也高達2米——相當於能從長春看清北京街頭的一輛轎車。
離軸三反光學系統自由曲面反射鏡的製造曾被稱為「不可能完成的任務」。三片非球面鏡不僅形狀各異，裝調時更要控制18個自由度，其難度相當於蒙眼把三塊異形積木懸空拼成一座橋。歐美突破該技術後立即進行技術封鎖，中國團隊只能白手起家。
團隊歷時十餘年，終於研製出具有自主智慧財產權的第三代大口徑非球面數控加工設備，有效打破了國外的設備禁運和技術封鎖。
