“天问一号”探测器拍摄火星高清“肖像”的关键技术——离轴三反光学系统，曾长期被欧美国家列为技术封锁对象。该系统通过巧妙的离轴排布，消除了传统光学系统的中心遮挡问题，显著提升了成像对比度和分辨率。与同轴系统相比，其成像对比度提升30%以上，甚至能清晰呈现火星表面的沟壑纹理。更重要的是，离轴三反光学系统能够同时实现高分辨率与大视场，在500公里高空可同时捕捉上海市区和太湖全貌，地面分辨率高达2米。这项曾被视为“不可能完成的任务”的自由曲面反射镜制造技术，经过中国科学家十余年的不懈努力，成功打破了国外设备禁运和技术封锁，成为中国空间探索任务中不可或缺的核心技术。

🌟 核心技术突破：中国科学家成功研发并掌握了离轴三反光学系统这一关键技术，打破了欧美国家长期的技术封锁和出口禁令，使其成为中国空间探索任务的标准配置。这项技术的核心在于巧妙地将三个反射镜进行离轴排布，改变了传统光学从前到后依次排列的设计。

💡成像原理与优势：该系统通过离轴设计，彻底消除了中心遮挡，确保每一束光线都能无阻碍地到达探测器“视网膜”。这使得成像对比度相比同轴系统提升了30%以上，能够更清晰地捕捉到火星表面的细节，如沟壑和纹理。

🚀 高分辨率与大视场兼得：离轴三反光学系统解决了空间遥感领域“鱼与熊掌不可兼得”的难题。通过计算全息检测技术精确控制非球面镜的离轴量，实现了惊人的30°×25°视场角，足以在高空同时捕捉大范围区域，同时保持高达2米的高地面分辨率。

🛠️ 制造难度与自主研发：自由曲面反射镜的制造曾是“不可能完成的任务”，其高精度制造和装调难度极大。中国团队历时十余年，自主研发了第三代大口径非球面数控加工设备，成功克服了国外的设备禁运和技术封锁，实现了关键技术的自主可控。

🛰️ 应用前景广阔：这项技术的突破不仅提升了“天问一号”等探测器的成像能力，也为中国在空间遥感、地球观测等领域的未来发展奠定了坚实的基础，有望在更广泛的科学研究和应用中发挥重要作用。

快科技7月20日消息，2021年，“天问一号”探测器在距火星220万公里处拍摄下火星的首张高清“肖像”。

很少有人知道，记录这历史性瞬间的“眼睛”，它真正的名字是——离轴三反光学系统。

据央视报道，此前，这项核心技术长期被欧美国家列入“禁止出口”清单，实施严密的技术封锁。

如今，我国的科学家们已突破重重壁垒，使其成为我国空间探索任务中不可或缺的“标准配置”。

传统天文望远镜通常由物镜（折射式望远镜为透镜，反射式望远镜为凹抛物面主镜）和目镜（凸透镜）组成。

这种设计的成像原理是遥远天体的微弱光线首先被大口径物镜收集并汇聚，随后在折射望远镜中，透镜折射光线在焦平面形成实像；反射望远镜则利用凹面主镜反射汇聚光线。

最终，位于焦平面后方的目镜如同放大镜，将此实像再次放大形成供人眼观察的虚像，实现目标的视角增大和亮度提升。

然而，这种同轴系统有个先天缺陷——次镜和支架会挡住部分入射光线，就像用带黑点的眼镜看世界。

为解决这一问题，我国的科学家们制造出离轴三反光学系统，巧妙地将三个反射镜进行离轴排布，打破传统的光学元件从前到后依次排列的传统布局，将部分反射镜安排在光轴之外，能够彻底消除中心遮挡，让每一束光线都畅通无阻地到达“视网膜”。

如同擦掉眼镜上的黑点，采用离轴三反光学系统的探测器，其成像对比度相较于同轴系统提升了30%以上，连火星表面的沟壑纹理都清晰呈现。

空间遥感领域有个经典难题：想要实现高分辨率（如从太空看清地面车牌），需要增加镜头焦距；想要实现大视场（如从太空拍下整个城市），轴外点光线与光轴的夹角增大，其实际入射角度偏离设计值，会导致衍射光斑扩展，分辨率下降——二者犹如“鱼与熊掌”，不可兼得。而离轴三反光学系统却像一位“魔术师”，能够同时实现高分辨率与大视场。

具体而言，团队通过计算全息检测（CGH）技术，将三片非球面镜的离轴量精确控制在微米级，最终实现的视场角达到惊人的30°×25°，足以在500公里高空同时捕捉上海市区和太湖全貌，同时，地面分辨率也高达2米——相当于能从长春看清北京街头的一辆轿车。

离轴三反光学系统自由曲面反射镜的制造曾被称为“不可能完成的任务”。三片非球面镜不仅形状各异，装调时更要控制18个自由度，其难度相当于蒙眼把三块异形积木悬空拼成一座桥。欧美突破该技术后立即进行技术封锁，中国团队只能白手起家。

团队历时十余年，终于研制出具有自主知识产权的第三代大口径非球面数控加工设备，有效打破了国外的设备禁运和技术封锁。