薄膜光学实时成像仪的设计概念

　　DARPA正在开展的“薄膜光学实时成像仪”（MOIRE）项目采用了基于菲涅尔透镜的衍射光学系统，而不是传统光学系统采用的玻璃镜面或者透镜。这种光学系统采用的轻质薄膜贴附在经蚀刻形成的金属瓣上，而薄膜的厚度与家用塑料膜相当。在发射时，金属瓣收拢成直径约6m（20ft）状态；一旦到达预定轨道，薄金属瓣可展开，从而形成一个直径约为20m（68ft）的全尺寸多透镜光学系统。

　　成像卫星对于地球的宽幅覆盖使其对于关键的国家安全响应能力（如天气预报、侦察和灾害响应等）不可或缺。即使卫星望远镜的设计已经非常先进，但仍保留了一个自伽利略时代以来的制约因素：使用玻璃透镜或者镜片，也称为光学系统。

　　传统的高分辨率成像采用大口径的玻璃镜片，而这些镜片非常厚、重、难以加工，而且昂贵。随着高分辨率成像卫星的发展，玻璃镜面很快便达到瓶颈：即使对于目前最大的运载火箭，他们也显得太大、太重和太贵。

　　MOIRE项目正在寻求突破这些挑战的方案。MOIRE项目的技术将使未来的高分辨率成像卫星能够从地球同步轨道（GSO）——距离地面约36000km——提供实时的视频和图像。目前，望远镜的尺寸和成本制约了在GSO轨道部署大尺寸成像卫星，因此，MOIRE项目正在研发的技术将使得望远镜质量更轻、更方便运送和更高的性价比。

　　MOIRE项目目前处于第二阶段（最终阶段），最近成功地验证了一个地面样机。该样机集成了部分关键技术，如可替代玻璃镜片的新型轻质聚合物薄膜光学系统。如果应用于望远镜，传统薄膜的光学效率（optics efficiency？）不高。MOIRE项目在近期首次成倍提高了薄膜的光学效率，从30%提高到55%。经改进的光学效率使MOIRE项目首次实现采用薄膜光学系统进行成像。

　　尽管薄膜的光学效率不如玻璃高（接近90%），但是更轻的质量使建造更大的透镜成为可能。这将足以弥补光学效率的差异。而且薄膜的固有属性是比玻璃更加轻质。根据原型样机的特征，如果获取相同的分辨率，MOIRE项目光学系统的质量仅为传统光学系统的1/7。作为概念验证，MOIRE样机验证了薄膜光学系统用于成像卫星的技术可行性。

　　DARPA项目负责人拉里·古恩（Larry Gunn）中校表示，“薄膜光学系统有可能使我们建造更大尺寸、更高分辨率的望远镜，而质量却更轻……通过这种技术，我们正在打破传统材料在设计光学系统时遇到的‘玻璃顶’。我们希望开展的研究也能够有助于大幅降低成本，并且利用更小、更便宜的运载火箭实现更加及时的部署。”