薄膜光學實時成像儀的設計概念

　　DARPA正在開展的“薄膜光學實時成像儀”（MOIRE）項目采用了基于菲涅爾透鏡的衍射光學系統，而不是傳統光學系統采用的玻璃鏡面或者透鏡。這種光學系統采用的輕質薄膜貼附在經蝕刻形成的金屬瓣上，而薄膜的厚度與家用塑料膜相當。在發射時，金屬瓣收攏成直徑約6m（20ft）狀態；一旦到達預定軌道，薄金屬瓣可展開，從而形成一個直徑約為20m（68ft）的全尺寸多透鏡光學系統。

　　成像衛星對于地球的寬幅覆蓋使其對于關鍵的國家安全響應能力（如天氣預報、偵察和災害響應等）不可或缺。即使衛星望遠鏡的設計已經非常先進，但仍保留了一個自伽利略時代以來的制約因素：使用玻璃透鏡或者鏡片，也稱為光學系統。

　　傳統的高分辨率成像采用大口徑的玻璃鏡片，而這些鏡片非常厚、重、難以加工，而且昂貴。隨著高分辨率成像衛星的發展，玻璃鏡面很快便達到瓶頸：即使對于目前最大的運載火箭，他們也顯得太大、太重和太貴。

　　MOIRE項目正在尋求突破這些挑戰的方案。MOIRE項目的技術將使未來的高分辨率成像衛星能夠從地球同步軌道（GSO）——距離地面約36000km——提供實時的視頻和圖像。目前，望遠鏡的尺寸和成本制約了在GSO軌道部署大尺寸成像衛星，因此，MOIRE項目正在研發的技術將使得望遠鏡質量更輕、更方便運送和更高的性價比。

　　MOIRE項目目前處于第二階段（最終階段），最近成功地驗證了一個地面樣機。該樣機集成了部分關鍵技術，如可替代玻璃鏡片的新型輕質聚合物薄膜光學系統。如果應用于望遠鏡，傳統薄膜的光學效率（optics efficiency？）不高。MOIRE項目在近期首次成倍提高了薄膜的光學效率，從30%提高到55%。經改進的光學效率使MOIRE項目首次實現采用薄膜光學系統進行成像。

　　盡管薄膜的光學效率不如玻璃高（接近90%），但是更輕的質量使建造更大的透鏡成為可能。這將足以彌補光學效率的差異。而且薄膜的固有屬性是比玻璃更加輕質。根據原型樣機的特征，如果獲取相同的分辨率，MOIRE項目光學系統的質量僅為傳統光學系統的1/7。作為概念驗證，MOIRE樣機驗證了薄膜光學系統用于成像衛星的技術可行性。

　　DARPA項目負責人拉里·古恩（Larry Gunn）中校表示，“薄膜光學系統有可能使我們建造更大尺寸、更高分辨率的望遠鏡，而質量卻更輕……通過這種技術，我們正在打破傳統材料在設計光學系統時遇到的‘玻璃頂’。我們希望開展的研究也能夠有助于大幅降低成本，并且利用更小、更便宜的運載火箭實現更加及時的部署?！?/p>