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  開(kāi)始檢測(cè)
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  開(kāi)始檢測(cè)

　　摘要簡(jiǎn)要介紹了精密儀器與裝備的作用和中國(guó)部分領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了緊密相關(guān)的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展概況，剖析了與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的差距以及未來(lái)發(fā)展空間，結(jié)合國(guó)家“十三五”時(shí)期的發(fā)展規(guī)劃，對(duì)精密儀器與裝備未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行展望。

　　關(guān)鍵詞精密儀器;高端裝備;智能制造

　　精密儀器與裝備廣泛應(yīng)用于科研、國(guó)防、工業(yè)制造及人民生活等領(lǐng)域，其研發(fā)與制造能力是國(guó)家高新技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。先進(jìn)制造技術(shù)，特別是未來(lái)的智能制造技術(shù)必須有大量精密測(cè)量?jī)x器與裝備作為支撐。大量具有世界先進(jìn)水平的精密儀器與裝備，尤其是國(guó)產(chǎn)儀器與裝備，是實(shí)現(xiàn)制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的必需基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略的必要保障。但目前國(guó)內(nèi)精密儀器與裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展與國(guó)外還存在著巨大差距，是中國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一。

　　1精密儀器與裝備的作用

　　中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院院士王大珩曾精辟地總結(jié)儀器儀表的作用：“科學(xué)研究的先行官、工業(yè)生產(chǎn)的倍增器、軍事上的戰(zhàn)斗力、生活上的物化法官”。

　　在科學(xué)研究最高榮譽(yù)諾貝爾獎(jiǎng)中，近1/3的物理/化學(xué)獎(jiǎng)與儀器緊密相關(guān)，在物理領(lǐng)域因儀器直接獲獎(jiǎng)?wù)哌_(dá)21人?，F(xiàn)代科學(xué)研究中，儀器不僅是人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的工具，其自身也是科學(xué)研究的重要內(nèi)容。沒(méi)有激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)就不可能成功探測(cè)引力波[1]，沒(méi)有大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)也無(wú)法實(shí)際觀測(cè)到Higgs粒子[2]。

　　在工業(yè)生產(chǎn)中，精密儀器與裝備對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有巨大的“倍增器”和拉動(dòng)作用。據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院統(tǒng)計(jì)，為了質(zhì)量認(rèn)證和控制、自動(dòng)化及流程分析，每天要完成2.5億次檢測(cè)、占國(guó)民生產(chǎn)總值的3.5%。要完成這些檢測(cè)，需要大量種類(lèi)繁多的分析和檢測(cè)儀器。20世紀(jì)90年代初，美國(guó)商業(yè)部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局曾發(fā)表評(píng)估報(bào)告，專(zhuān)門(mén)評(píng)估儀器儀表工業(yè)對(duì)美國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的影響作用，其報(bào)告稱(chēng)：儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值只占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但它對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響達(dá)到66%。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的精密裝備更是數(shù)不勝數(shù)，機(jī)床、光刻機(jī)、工業(yè)機(jī)器人等早已實(shí)現(xiàn)各種以往被認(rèn)為不可能完成的任務(wù)，將人從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)。

　　在軍事應(yīng)用中，精密儀器與裝備的應(yīng)用極大地提高了偵察、打擊效率?，F(xiàn)代偵察衛(wèi)星活躍于太空之中，時(shí)刻監(jiān)視著全球的軍事動(dòng)向。精確制導(dǎo)技術(shù)大幅提高了戰(zhàn)術(shù)打擊成功率。美國(guó)空軍的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)[3]，激光制導(dǎo)炸彈對(duì)“硬”目標(biāo)的有效性是傳統(tǒng)炸彈的100~200倍，對(duì)“軟”和區(qū)域目標(biāo)的有效性是傳統(tǒng)炸彈的20~40倍。在攻擊敵人坦克的戰(zhàn)斗中，使用激光制導(dǎo)炸彈的次數(shù)約為總攻擊次數(shù)的10%，但其戰(zhàn)果卻囊括了被摧毀坦克總數(shù)的22%。越戰(zhàn)期間，為炸毀越南清化頷龍(又稱(chēng)龍之顎)大橋，美軍出動(dòng)采用常規(guī)炸彈的飛機(jī)873架次，最終損失11架飛機(jī)、104名飛行員，仍未能炸毀大橋，越軍總能在最短的時(shí)間內(nèi)成功恢復(fù)。采用激光制導(dǎo)智能炸彈后，僅出動(dòng)4架飛機(jī)，第一次攻擊就成功摧毀目標(biāo)，直到戰(zhàn)后，仍未能成功恢復(fù)。

　　在現(xiàn)代生活中，刑事案件偵破、產(chǎn)品質(zhì)量檢查、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、違禁藥物服用、指紋假鈔識(shí)別等，到處依靠先進(jìn)儀器進(jìn)行判斷。1988—2002年間，甘肅省白銀市有9名女性慘遭入室殺害，盡管在案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)曾收集到犯罪分子的指紋和DNA，但當(dāng)時(shí)囿于落后的技術(shù)，案件遲遲沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。2016年，白銀市警方開(kāi)始建立Y-STR數(shù)據(jù)庫(kù)，犯罪嫌疑人一位堂叔的DNA，因行賄被錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中，警方通過(guò)基因?qū)Ρ?，在海量的?shù)據(jù)信息中找到了關(guān)鍵信息，通過(guò)指紋和DNA信息比對(duì)確定了嫌疑人身份。歷經(jīng)28年，曾引起巨大社會(huì)恐慌的白銀連環(huán)殺人案終于告破。此外美國(guó)通過(guò)Y-DNA檢驗(yàn)技術(shù)破獲50年前兇案、四川遂寧警方通過(guò)Y染色體家系排查鎖定逃亡11年疑犯、廣東汕尾警方通過(guò)DNA比對(duì)查出潛逃7年命案嫌犯、湖北警方通過(guò)Y染色體STR分型比對(duì)一月內(nèi)抓獲兇手等事例均運(yùn)用了先進(jìn)的基因測(cè)序技術(shù)。

　　無(wú)論是科學(xué)技術(shù)發(fā)展、國(guó)家重大需求，還是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、人類(lèi)的日常生活，精密儀器與裝備均發(fā)揮著不可替代的作用。

　　2各國(guó)競(jìng)相發(fā)展精密儀器與裝備

　　鑒于精密儀器與裝備的不可替代作用，各國(guó)均把精密儀器與裝備作為重要戰(zhàn)略行業(yè)進(jìn)行支持和發(fā)展。

　　美國(guó)作為當(dāng)今世界唯一的超級(jí)大國(guó)，雖然其經(jīng)濟(jì)地位先后受到日本、中國(guó)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，但多年以來(lái)，始終保持著在高技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。即便如此，美國(guó)政府與科技界仍普遍存在危機(jī)感，通過(guò)制定各種戰(zhàn)略規(guī)劃，為高新技術(shù)發(fā)展保駕護(hù)航。2005年美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)《NSF2020愿景》[4]啟用的第一個(gè)策略，即：開(kāi)發(fā)可用于生物技術(shù)、成像、納米技術(shù)和通信等領(lǐng)域的新儀器，創(chuàng)造新奇研究機(jī)會(huì)和助燃技術(shù)創(chuàng)新。美國(guó)把科學(xué)儀器設(shè)備發(fā)展的總目標(biāo)確定為保持美國(guó)在世界科學(xué)儀器領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。NSF設(shè)立了主要科學(xué)儀器設(shè)備計(jì)劃(MRI)、大型儀器設(shè)備計(jì)劃(IMR-MIP)、地球科學(xué)儀器和設(shè)備(EAR-IF)等計(jì)劃，支持先進(jìn)科學(xué)儀器的研制工作[5]。此外美國(guó)衛(wèi)生部(NIH)、能源部(DOE)、國(guó)防部(DOD)、海洋大氣管理局(NOAA)、航空航天局(NASA)等部門(mén)亦有多種儀器計(jì)劃。

　　日本文部科學(xué)省從1995年開(kāi)始制定科學(xué)基本計(jì)劃，每5年1期，2016年發(fā)布的第5期[6]，計(jì)劃以制造業(yè)為核心，靈活利用信息通信技術(shù)，基于因特網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)，打造世界領(lǐng)先的“超智能社會(huì)(5.0社會(huì))”。計(jì)劃大力推進(jìn)學(xué)術(shù)研究和基礎(chǔ)研究及相關(guān)改革，強(qiáng)化戰(zhàn)略性基礎(chǔ)研究、打造世界頂尖研究基地，戰(zhàn)略性地加強(qiáng)設(shè)施設(shè)備和信息基礎(chǔ)。日本的先進(jìn)科學(xué)儀器計(jì)劃[7]主要分為3類(lèi)，包括納米材料研究?jī)x器平臺(tái)計(jì)劃、先進(jìn)測(cè)量和分析技術(shù)與儀器研發(fā)計(jì)劃及高端基礎(chǔ)研究科學(xué)儀器共享平臺(tái)建設(shè)計(jì)劃。

　　作為第一次工業(yè)革命的發(fā)源地，歐洲各國(guó)在現(xiàn)代科技中也發(fā)揮著巨大作用。德國(guó)聯(lián)邦教育研究部(BMBF)通過(guò)資助德國(guó)高校使用大型儀器來(lái)進(jìn)行高水準(zhǔn)的基礎(chǔ)研究。德意志科學(xué)基金會(huì)(DFG)設(shè)立了“重大研究?jī)x器計(jì)劃”和“重大儀器創(chuàng)新計(jì)劃”對(duì)科學(xué)儀器研究提供資助。英國(guó)科學(xué)技術(shù)辦公室(OST)將“研究、人才、研究設(shè)施、知識(shí)轉(zhuǎn)移”作為四大資助目標(biāo)，建立了科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施和科學(xué)儀器投資機(jī)制并確立了投資比例。英國(guó)研究理事會(huì)近年來(lái)也啟動(dòng)了一系列儀器計(jì)劃。特別是工程與自然科學(xué)研究理事會(huì)(EPSRC)還成立了一個(gè)儀器設(shè)備戰(zhàn)略咨詢(xún)團(tuán)隊(duì)，針對(duì)重要的儀器設(shè)備形成了一系列儀器設(shè)備路線圖，如核磁共振光譜儀路線圖、光電子能譜儀路線圖等。

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　　新中國(guó)成立以來(lái)也十分重視精密儀器研制工作。1950年決定在中國(guó)科學(xué)院設(shè)立儀器館，并于1952年在長(zhǎng)春正式組建了儀器館，即為現(xiàn)中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所前身。1956年，王大珩牽頭將儀器儀表作為重要工作之一，列入中國(guó)第一個(gè)十二年科技遠(yuǎn)景規(guī)劃中。2006年，《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020)》明確將科學(xué)儀器創(chuàng)制列為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略領(lǐng)域。2009年，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合設(shè)立大科學(xué)裝置聯(lián)合基金。2011年，財(cái)政部設(shè)立國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)資金，以提高中國(guó)科學(xué)儀器設(shè)備的自主創(chuàng)新能力和裝備水平。

　　3中國(guó)精密儀器與裝備發(fā)展現(xiàn)狀

　　精密儀器與裝備涵蓋面極廣，以下通過(guò)幾個(gè)具有較大影響力的具體市場(chǎng)案例對(duì)中國(guó)精密儀器與裝備領(lǐng)域當(dāng)前的發(fā)展情況略作分析。

　　大型科研儀器方面，經(jīng)過(guò)持續(xù)6年的調(diào)查、整理，由科技部計(jì)劃司、財(cái)政部教科文司和國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)中心聯(lián)合編制的《國(guó)家重點(diǎn)科技基礎(chǔ)條件資源調(diào)查年度報(bào)告》于2013年10月首次公開(kāi)發(fā)布。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，中國(guó)大型科研儀器仍未完全擺脫建國(guó)初期就存在的主要依靠國(guó)外進(jìn)口的尷尬局面。截至2012年底，通過(guò)購(gòu)置方式獲取的大型科學(xué)儀器占比達(dá)到95.9%，自研僅占2.4%。在購(gòu)置的設(shè)備中，進(jìn)口比例高達(dá)78.5%，國(guó)產(chǎn)部分占22.5%，其中還包含大量的外商獨(dú)資、合資企業(yè)。在各研究領(lǐng)域，2012年中國(guó)新購(gòu)置的大型科學(xué)儀器按產(chǎn)地來(lái)源分，各國(guó)占比情況如圖1所示。在生物醫(yī)藥、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、環(huán)保資源等新興領(lǐng)域，進(jìn)口比率甚至近90%。

　　在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，2016年中國(guó)集成電路進(jìn)口2270.7億美元[8]，連續(xù)4年超2000億美元，與原油并列成為最大進(jìn)口產(chǎn)品。作為半導(dǎo)體制造的核心裝備，目前廣泛應(yīng)用的深紫外光刻機(jī)被阿斯麥(ASML)、佳能(Canon)、尼康(Nikon)等公司壟斷，而在最先進(jìn)的極紫外(extremeultravioletlithography，EUV)光刻機(jī)方面目前只有ASML公司能夠提供商用產(chǎn)品。據(jù)其2017年第一季度財(cái)務(wù)報(bào)告[9]顯示，EUV系統(tǒng)已累計(jì)出貨18套，總價(jià)超過(guò)20億歐元，累計(jì)未交貨訂單達(dá)到21套，總價(jià)值超過(guò)23億歐元，單臺(tái)均價(jià)超過(guò)1億歐元。國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)90nm光刻鏡頭2016年才研制成功，EUV尚停留在原理驗(yàn)證階段。在半導(dǎo)體制造工藝方面，英特爾公司(In⁃tel)、三星集團(tuán)、臺(tái)灣積體電路制造等公司已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用14nm工藝，部分10nm工藝開(kāi)始量產(chǎn)，正逐步研發(fā)7nm工藝。中芯國(guó)際集成電路制造有限公司作為國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體制造龍頭企業(yè)，其制造工藝僅能達(dá)到28nm[10]，與國(guó)外有2~3代的差距。

　　在工業(yè)母機(jī)——機(jī)床方面，根據(jù)Gardner報(bào)告[11]，2015年中國(guó)機(jī)床消費(fèi)總額達(dá)275億美元，占世界總量35%。中國(guó)機(jī)床生產(chǎn)量已達(dá)到221億美元，其中絕大部分用于滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)需求。而德、日、意等國(guó)家生產(chǎn)的機(jī)床60%以上用于出口。中國(guó)機(jī)床行業(yè)經(jīng)過(guò)幾代人的拼搏，從1949年只能生產(chǎn)簡(jiǎn)易皮帶機(jī)床到如今成為世界第一大機(jī)床生產(chǎn)國(guó)，進(jìn)步明顯，但與國(guó)外相比仍有巨大差距，中國(guó)仍然是世界最大的機(jī)床進(jìn)口國(guó)，僅2015年，貿(mào)易逆差就達(dá)到54億美元。高檔機(jī)床基本依靠進(jìn)口，自產(chǎn)中、高檔機(jī)床中80%的數(shù)據(jù)系統(tǒng)也要依賴(lài)進(jìn)口，一套復(fù)雜數(shù)控系統(tǒng)軟件包的費(fèi)用甚至接近母機(jī)費(fèi)用。

　　工業(yè)自動(dòng)化方面，機(jī)器人已開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。曾生產(chǎn)出中國(guó)第一輛汽車(chē)的中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)公司已經(jīng)開(kāi)始在生產(chǎn)線上大量應(yīng)用各種機(jī)器人，包括點(diǎn)焊、弧焊、涂膠、噴漆等。然而所采用的機(jī)器人絕大部分為進(jìn)口設(shè)備，僅有的少部分國(guó)產(chǎn)機(jī)器人也即將面臨淘汰[12]。雖然中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還存在較大差距[13]。主要表現(xiàn)在：機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)缺失，零部件中高精度減速器、伺服電機(jī)和控制器等依賴(lài)進(jìn)口;核心技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱，高端產(chǎn)品質(zhì)量可靠性低;機(jī)器人推廣應(yīng)用難，市場(chǎng)占有率亟待提高;企業(yè)“小、散、弱”問(wèn)題突出，產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力缺乏;機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)認(rèn)證等體系亟待健全。

　　中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，但在農(nóng)業(yè)儀器方面，自主化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法與中國(guó)農(nóng)業(yè)大國(guó)的地位相匹配。2015年6月3日，農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目?jī)x器設(shè)備統(tǒng)一招標(biāo)采購(gòu)——農(nóng)田觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室分析儀器部分中標(biāo)結(jié)果公布[14]，其中涉及質(zhì)譜、色譜、光譜、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)等279套分析儀器設(shè)備，金額共計(jì)1.2億元。國(guó)產(chǎn)僅北京海光儀器有限公司中標(biāo)一臺(tái)原子熒光光譜儀，價(jià)值18萬(wàn)元。6月12日另外一批中標(biāo)結(jié)果公布[15]，金額共計(jì)8385萬(wàn)元，152臺(tái)/套儀器中，只有6臺(tái)來(lái)自國(guó)產(chǎn)，包括3套全球定位系統(tǒng)(GPS)和3套果蔬加工設(shè)備。精密檢測(cè)與計(jì)量方面完全被進(jìn)口設(shè)備所壟斷。

　　基因測(cè)序方面，近幾年基因測(cè)序市場(chǎng)規(guī)模飛速發(fā)展，根據(jù)BCCResearch數(shù)據(jù)[16]，從2007年的7.94億美元增長(zhǎng)至2015年的59億美元，全球基因測(cè)序市場(chǎng)年均增長(zhǎng)28.5%，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年全球市場(chǎng)仍將繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)，2020年將達(dá)到138億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率在18.5%左右。在基因測(cè)序市場(chǎng)中，測(cè)序儀器設(shè)備及耗材位于行業(yè)上游，市場(chǎng)為Illumi⁃na公司壟斷，其毛利率一度高達(dá)71.3%(2016年第一季度)[17]。中國(guó)在測(cè)序儀器的研發(fā)方面還處于初級(jí)階段，僅有低通量的產(chǎn)品，且核心部件也大部分進(jìn)口，在高通量測(cè)序儀器方面處于空白。

　　從以上幾個(gè)不同的行業(yè)、領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀可見(jiàn)，雖然中國(guó)的精密儀器與裝備整體規(guī)模已經(jīng)有了極大提高，成為名符其實(shí)的世界工廠，但中國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)實(shí)際上存在極大的核心技術(shù)危機(jī)，低端產(chǎn)能過(guò)剩、高端依賴(lài)進(jìn)口，核心技術(shù)亟需突破，“制造業(yè)空心化”風(fēng)險(xiǎn)不斷加大。這一危機(jī)不解決，將極大影響中國(guó)制造業(yè)發(fā)展進(jìn)步，由“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)變也將僅僅是一個(gè)口號(hào)，難以真正實(shí)現(xiàn)。這一問(wèn)題必須引起有關(guān)部門(mén)，包括國(guó)家政府、科研部門(mén)、產(chǎn)業(yè)部門(mén)等的重視，并下大決心、大氣力予以解決。

　　4核心關(guān)鍵技術(shù)國(guó)內(nèi)外對(duì)比

　　精密儀器與裝備涉及眾多學(xué)科且相互交叉，系統(tǒng)整體差距往往源于核心技術(shù)的落后。以下主要從材料科學(xué)、光學(xué)技術(shù)、精密機(jī)械、電子技術(shù)、通信與控制等方面進(jìn)行簡(jiǎn)要分析和探討。

　　4.1材料科學(xué)

　　在精密儀器與裝備中，材料的性能具有決定性的影響。既包括發(fā)光材料、光學(xué)傳輸材料、光電轉(zhuǎn)換材料等功能性材料，也包含用于構(gòu)建儀器本體的結(jié)構(gòu)材料。

　　反射鏡是各種大型天文望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵技術(shù)，隨著口徑的提高，溫度變化對(duì)反射鏡面型的影響越明顯。目前大口徑地基望遠(yuǎn)鏡反射鏡材料均為低膨脹系數(shù)材料，主要有德國(guó)肖特集團(tuán)的微晶玻璃和康寧公司的超低膨脹系數(shù)(ULE)玻璃兩類(lèi)，最大單體口徑均達(dá)到8m以上，拼接口徑最大達(dá)30m。而目前國(guó)內(nèi)用于天文觀測(cè)的望遠(yuǎn)鏡最大單體口徑僅為2.16m[18]，拼接口徑最大僅6.7m[19]，與國(guó)際天文觀測(cè)水平差距明顯。在空間應(yīng)用方面，采用SiC材料，口徑達(dá)到3.5m的Herschel望遠(yuǎn)鏡已于2009年升空，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所2016年研制成功4m級(jí)SiC材料[20]，實(shí)現(xiàn)了大口徑SiC反射鏡的國(guó)際領(lǐng)先，但仍難以彌補(bǔ)大口徑反射鏡材料方面的巨大差距。

　　在結(jié)構(gòu)材料方面，碳纖維強(qiáng)度是鋼的20倍，拉伸模量是鋼的2~3倍，比重僅為鋼的1/4，抗拉強(qiáng)度是鋼的7.9倍，是火箭、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機(jī)和艦船等尖端武器裝備必不可少的戰(zhàn)略基礎(chǔ)材料。碳纖維材料主要有高拉伸強(qiáng)度T系列和高彈性(拉伸模量)M系列兩大類(lèi)，其主要性能參數(shù)如圖2所示。

　　中國(guó)碳纖維雖然產(chǎn)量不小，但產(chǎn)品應(yīng)用主要集中在體育休閑、高爾夫和釣魚(yú)竿等低端產(chǎn)品領(lǐng)域，航空航天領(lǐng)域應(yīng)用僅占2%，難以滿(mǎn)足高端產(chǎn)品中的碳纖維需求。近年國(guó)內(nèi)陸續(xù)有企業(yè)報(bào)道研制成功高強(qiáng)度T800[21]、T1000材料[22]。但在高彈性碳纖維方面，國(guó)內(nèi)仍有較大差距。在國(guó)產(chǎn)T800的材料測(cè)試中[23]，采用的儀器絕大多數(shù)為進(jìn)口產(chǎn)品：直徑測(cè)量?jī)x來(lái)自日本、表面粗糙度和力學(xué)測(cè)試儀來(lái)自美國(guó)、表面成分和力學(xué)性能測(cè)試儀來(lái)自英國(guó)，只有剪切強(qiáng)度采用國(guó)產(chǎn)儀器。

　　4.2光學(xué)技術(shù)

　　光學(xué)技術(shù)在精密儀器與裝備中應(yīng)用廣泛，許多精密測(cè)量依賴(lài)光學(xué)技術(shù)。激光器作為一種理想的測(cè)量用光源，2016年中國(guó)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模在236億元左右[24]，但在精密儀器與裝備領(lǐng)域所需要的高性能激光器仍主要依賴(lài)進(jìn)口，包括高功率、高穩(wěn)定性、窄線寬等特殊性能激光器。在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的大功率光纖激光器，近年來(lái)雖國(guó)產(chǎn)屢有突破，成本優(yōu)勢(shì)明顯，但高端產(chǎn)品方面，仍需要后續(xù)市場(chǎng)檢驗(yàn)。

　　光學(xué)系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不斷提高儀器系統(tǒng)的整體性能。美國(guó)的空間監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡(SpaceSurveillanceTelescope，SST)創(chuàng)新性地采用曲面焦平面電荷耦合元件(CCD)[25]，結(jié)合3.5m大口徑，F(xiàn)1.0大光圈設(shè)計(jì)，在緊湊的體積內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了6°的大視場(chǎng)，使其成為世界上最快和最敏捷的大型望遠(yuǎn)鏡，一晚能對(duì)整個(gè)地球同步軌道帶進(jìn)行多次觀測(cè)，而以往常需要數(shù)周時(shí)間。從同軸系統(tǒng)到離軸系統(tǒng)[26]，從球面到自由曲面[27]，中國(guó)科技長(zhǎng)期處于“跟跑”狀態(tài)，雖不斷取得技術(shù)突破，但在創(chuàng)新性方面仍有較大差距。特別是如今光學(xué)設(shè)計(jì)主要工具軟件，包括成像、照明、仿真等基本都被國(guó)外產(chǎn)品所壟斷。——論文作者：賈平