太空是一個極端的環境，將光學器件放在那里有很大的挑戰。光學和光機械組件需要足夠堅固，以承受火箭發射的力，同時還要盡可能輕巧緊湊，以降低成本。通常，整個光機械組件需要“折疊”才能發射，然后可靠地部署在太空中的對齊配置中。輻射效應、真空操作以及大熱位移的可能性也需要考慮。材料、光學制造/測試以及主動補償方面的技術進步使重量更輕、性能更高性能的儀器能夠以更緊湊（更低成本）的體積實現。未來的傳感器進步帶來了更多的希望。

堅固但輕質的材料是空間系統的關鍵使能技術。十年前，美國宇航局花費了大約10，000美元將一磅（0.45公斤）的設備送入軌道。今天，太空運載火箭的商業供應商之一已將其降低到每磅約2，500美元。驚人的進步，但仍然昂貴！

用于結構的蜂窩鋁、金剛石研磨的玻璃陶瓷以及用于光學反射鏡的碳化硅或鈹等輕質材料已經使用多年。目前對納米復合材料（如碳納米管）的研究可以具有“設計師”特性制造，為進一步減輕重量提供了很大的希望。

更緊湊的太空光學器件的一大革命是使用自由曲面。我們將自由曲面定義為非旋轉對稱的，并且其輪廓比簡單的圓柱體或環形線圈更復雜。雖然軟件多年來一直能夠處理自由形狀的設計，但基于制造和計量學的進步，它們的使用已經變得實用。Synopsys 是自由曲面光學中心 （CeFO） 的成員，該中心正在推進我們對理論設計考慮因素的理解，以使自由曲面的使用變得高效，并推進自由曲面的制造和計量方法。自由曲面將搭載下一代紅外大氣探測干涉儀（IASI-NG）以及其他系統。

基于間隔的光學器件的另一個里程碑是將自適應光學校正用于大氣層上方的光學系統，這些光學系統正在向太空中觀察。這項技術的好處將被美國宇航局的寬視場紅外巡天望遠鏡（WFIRST）使用，該望遠鏡被命名為南希格雷斯羅馬太空望遠鏡。羅馬太空望遠鏡的任務是直接對系外行星進行成像。為此，它采用了帶有專用衍射掩模的冠狀圖，使來自主星的光通過破壞性“抵消”。由于組裝望遠鏡中的殘余誤差而導致的小殘余波前誤差，以及由于機械和熱應力引起的望遠鏡光學元件的變化，由兩個可變形的鏡子補償。

天基光學的另一個潛在革命是曲面探測器的出現。如果允許圖像聚焦在曲面而不是平面上，則成像光學系統可以大大簡化。曲面傳感器可以允許更寬視場的光學系統，而光學組件比目前所需的更少。雖然不是天基儀器，但由麻省理工學院林肯實驗室設計的DARPA空間監視望遠鏡（SST）是一種使用彎曲CCD的非常寬視野，非常快（f / 1）的系統。這允許三鏡系統避免額外的光學器件來校正系統中的自然場曲率（Petzval）。

太空光學具有挑戰性，但技術的進步使人取得了巨大的進步。

審核編輯：郭婷