光学系统先进制造技术是大型光电成像系统的核心，关乎国家安全、国防建设以及国民经济各个层面。我国高分专项、天文观测等领域对光电成像系统提出了高分辨率、高成像质量的迫切需求。
张学军
突破离轴三反光学制造技术瓶颈，建立先进制造技术平台，填补国内空白
高分辨率和大幅宽一直是空间对地遥感追求的目标。从1996 年开始，国家提出研制新一代高分辨率大视场空间光学遥感器，高分辨率与大视场的矛盾一直是困扰高性能空间光学遥感器的瓶颈。与同轴系统相比, 离轴三反光学系统可同时实现长焦距与大视场, 没有中心遮拦, 调制传递函数高, 被认为是新一代空间光学系统的发展方向。然而, 由于其复杂性和非对称性, 离轴三反光学系统的制造难度要远大于同轴系统, 传统数控加工模型不适用于离轴非球面、超硬材料复杂曲面面形误差收敛效率低、检测精度无法满足要求。以美国Tinsley公司为代表的欧美制造商将该技术列为核心关键技术，历经二十年于20 世纪90 年代末取得了突破性进展，其产品在轨性能优良。我国必须独立自主建立离轴三反先进制造技术平台，系统研究突破先进制造瓶颈技术。张学军带领团队历时十年艰苦攻关，在国内率先开展离轴非球面数控加工理论研究，突破以离轴三反为代表的空间光学复杂曲面制造工艺、设备、检测技术瓶颈，建立先进制造技术平台。在离轴三反光学系统先进制造技术方面取得了大口径非球面自动加工设备，大口径高精度离轴非球面加工工艺技术等多项创新性成果。非球面反射镜加工能力从原有的500mm 量级同轴非球面提升至1m 量级离轴非球面，并适用于SiC等超硬材料，加工范围和精度与国际先进水平相当，1m 量级SiC 离轴非球面加工效率比国际平均水平提升 2 倍，面形精度优于 10nm rms。解决了国家21 项重点任务核心制造技术难题。团队公开发表的部分成果引起了国际同行的高度认可，先后在ICO 国际光学大会、美国光学学会年会和SPIE 先进制造会议上作特邀报告。美国NASA 戈达德飞行中心致函希望将长春光机所团队研究方案作为其离轴非球面加工的备用方案。
攻克大尺寸空间非对称系统制造技术，推动空间高分辨率/高质量成像技术跨越式发展
从2005年开始，国家高分专项提出高质量成像需求，在提高分辨率的同时，要将成像质量提升至国际同类最高水平。非对称结构光学系统能同时兼顾长焦距与大视场，静态成像质量高于传统的轴对称系统。但是，由于结构不对称，高稳定性设计、制造、装调成为技术瓶颈，亟待解决米级口径复杂曲面纳米精度加工检测、大尺寸非对称空间光学系统基准统一、米级口径系统稳定性等一系列制约空间大口径、长焦距、大视场非对称光学系统技术发展的国际性难题。张学军带领团队攻克了米级口径空间非对称光学系统核心技术，提出频段误差表征方法，定量分析制造误差对成像质量影响；提出非序列组合优化加工方法，解决了我国最高分辨率空间相机主反射镜关键制造难题；发明共基准检验技术，解决了我国最大幅宽空间相机多面共体自由曲面反射镜制造难题；提出以在轨波像差最优为目标的系统装调技术，开创了我国米级口径空间相机重力响应预估与主动控制的应用先例。建立了非对称光学系统高精度制造、共基准装调、像质评价与验证技术平台，系列成果应用于国家9 项重点任务，使我国空间高分辨率、高质量成像技术能力实现了跨越式发展。
建设4米SiC制造技术平台，完成4米SiC高精度非球面制造，达到国际领先水平
从2010年起，我国高分专项、天文观测等提出更高分辨率成像需求，光学口径要求达2~4米，在大口径光学制造领域存在制造设备与制造技术等一系列瓶颈技术问题。大口径碳化硅复杂曲面高精度制造技术难度极大，4m 口径16nm的制造精度相当于北京五环60km 直径范围内土地平整精度达到0.24mm。
张学军立足自主研发，突破了大口径碳化硅光学复杂曲面先进制造系列关键技术，形成了系列化制造能力和装备，主持国家重大装备项目“4米量级高精度SiC 非球面反射镜集成制造系统”，建立了4m量级高结构刚度复杂曲面碳化硅光学反射镜全链路集成制造系统，系统自主可控，解决了国家重大需求。针对大口径光学复杂曲面频段面形误差表征方法不完善和检测手段动态范围低等技术难题，建立了复杂曲面面形误差表征模型，提出了大口径光学复杂曲面面形误差跨尺度/多方法组合检测技术，检测精度达到6nm rms，重复精度达到2.6nm rms；大口径光学复杂曲面的制造精度与效率是国际普遍面临的难题，张学军带领团队突破2~4米SiC反射镜高精度制造技术瓶颈，完成国际最大口径4.03米SiC非球面反射镜制造，制造精度达到15.2nm rms，为国际报道最高水平。“4m 量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统”获验收组高度评价：“项目组完成了4m量级高精度SiC 非球面反射镜集成制造系统的研制工作，系统性能国际领先，该项目是我国在大口径光学制造领域的重大技术突破，形成了大口径系列反射镜研制能力……”，研究成果获得了国际同行高度评价，美国TMT 项目经理Gary Sanders 评价：“长春光机所在世界级难度的反射镜制造技术方面具备相当的能力和创造力”；法国Safran-Reosc 公司知名大口径光学专家Roland Geyl 评价：“4米碳化硅反射镜的成功研制是一项伟大的成就，作为一名资深的大口径光学专家，我深知这一挑战的艰巨性”。系列研究成果推动了我国光学系统先进光学制造技术的跨越式发展，系列成果亮相改革开放40周年“面向科技前沿 创新引领发展”主题展、央视专题片《我们一起走过——致敬改革开放40 周年》、军民融合展、中国科学院科技创新成果全国巡展等，被中央电视台、人民日报、新华社等媒体重点关注报道。
个人名片张学军，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所副所长，研究员，博士，博士生导师，主要从事大口径光学系统先进制造技术研究。在大口径高精度非球面加工工艺、自动化加工设备、离轴非球面高精度检测与复杂光学系统装调技术等方面取得了一系列成果，获国家科技进步二等奖、国家技术发明二等奖、中科院杰出科技成就奖、军队科技进步一等奖、中科院“百人计划”、国家“杰青”基金、光华工程科技青年奖等支持与奖励。