台风在传统气象卫星“眼”中是一个云团，但我国首颗地球同步轨道遥感卫星高分四号携载的“千里眼”相机，可以看清台风中心结构及其演化机理，这让我国的台风预测迈入“准确”时代。
日前，高分四号与其他“小伙伴”密切配合，在监测中心附近风力高达14—15级的今年第8号台风“玛莉亚”的任务中表现优异，持续紧盯“玛莉亚”，取得了它的卫星影像及相关数据。
卫星的“千里眼”是怎样“炼”成的？相当于其“眼球”的核心部件空间反射镜是什么？国际上最先进的空间反射镜长什么样？未来研究方向主要有哪些？为此，科技日报记者前往卫星“千里眼”的缔造者、我国最早从事空间光学遥感器的研制单位——中国航天科技集团有限公司五院508所，采访了我国空间光学遥感领域专家王小勇和空间反射镜镜头装调专家王昀。
轻量化、刚度强、不变形
“镜头”对材料要求苛刻
哈勃望远镜是一台著名的空间望远镜，它实现了天文学家看清宇宙的梦想。地球上的居民如何看到地球上发生了什么，这就需要一台望向地球的太空望远镜，它的学名叫对地遥感观测系统。
本质上，太空望远镜和地面上的望远镜原理基本相同。但地球被大气层包裹，从地面看太空的大气扰动大，直接导致看不清甚至“看花眼”。卫星发射技术成熟后，人们就把望远镜“打”到太空去看宇宙和地球，大家惊异于太空中影像的清晰程度，人类探索太空、监测地球的能力也极大增强。
但是，太空环境对太空望远镜材料是一个不小的考验，特别是望远镜的核心部件空间反射镜，能否扛得住这种苛刻环境？
王小勇告诉记者，空间反射镜的材料目前已有玻璃、碳化硅陶瓷、铍以及多种复合材料。一般的玻璃材料满足不了太空望远镜需求，因为太空中热环境很不好，要求材料有很低的膨胀性，几乎是零膨胀才行。于是发展出膨胀系数小于1×10-6量级的微晶玻璃，还有美国发明的超低膨胀石英玻璃（ULE），后者就用在了哈勃空间望远镜的主镜上。
通过卫星将“大镜子”打到预定轨道，有一个要求是“大镜子”不能太重，于是人们试着解决材料轻量化问题，比如在微晶玻璃背面打轻量化孔，呈蜂窝状，减重至原来的15%—10%。
卫星运载发射时的力学环境很不好，相当于一个很重的重物压在“大镜子”身上，同时全程震动和颠簸，“大镜子”必须刚强才不易受外界干扰变形。于是，热变形系数和刚度这两个重要参数成为光学材料的基本要求。
后来人们发现碳化硅陶瓷不仅热变形系数低，刚度远超玻璃材料，而且重量很轻，于是陶瓷也成为很重要的光学反射镜材料。王小勇说：“508所研制的高分二号卫星以及我国最大规模商业卫星高景一号相机，采用的都是碳化硅材料的反射镜。”
近年来，在元素周期表里排第四的金属铍以强大优势广泛应用在反射镜材料上，美国预计于2020年发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜主材料就是金属铍。这种材料在40K（零下233摄氏度左右）的低温下膨胀系数为零，非常适合在此温度下工作的詹姆斯·韦伯望远镜。我国中巴资源一号卫星上的红外相机也率先采用了金属铍，这台相机倾注了508所的智慧和力量。
“国际上使用的材料我国基本都用了，我们还在进一步研发更轻质的复合纤维材料，以及高强度、高刚度的多孔结构材料。508所精密光学制造中心近年来积累了不少经验。”王小勇说。