要達成夢想總是要有點瘋狂，為了看到黑洞，中研院的天文學家居然把望遠鏡搬去格陵蘭，也因為這樣，結合全球二百多位科學家共同努力下，終於拍攝到人類史上第一張黑洞的照片。
但是你知道在此之前，台灣科學家其實已經完成了很多不可能的任務了嗎？像是衛星所需的大口徑非球面鏡在國際間屬於管制性元件，價格高昂、取得不易。但是由國家實驗研究院轄下的台灣儀器科技研究中心克服重重難關，突破大口徑非球面鏡的技術瓶頸，完成福衛五號主鏡與次鏡的製作。
太空望遠鏡的鏡片到底長怎樣？
單看福衛五號主鏡外觀，好奇的你可能有不少疑問。例如，為什麼中間要有個圓孔？為什麼不是透明的？為什麼裡面要挖成六角形的窩巢狀？讓我們來看看為什麼吧！
福衛五號主鏡及其成像原理。
- 鏡片中間有個圓孔：主要是因為福衛五號的光學系統設計是採用卡賽格林 (Cassegrain) 折反射式光學系統，其系統組成主要為一凹面雙曲面主鏡與一凸面雙曲面次鏡以及修正透鏡組。當光線進入望遠鏡後會先被主鏡接收後反射至次鏡，次鏡再將光線反射通過主鏡中間的圓孔後，光線會進入修正透鏡組，最後成像在影像感測器上。
- 主鏡明顯偏黃，是因為太空環境的日照和夜間溫差很大，衛星本體除了有溫控設計外，太空用非球面反射鏡組使用不會受到溫度變化產生熱脹冷縮效應的零膨脹光學陶瓷玻璃來製作，避免鏡片因溫度變化產生表面變形，影響遙測取像品質。
- 輕量化設計好處多：衛星發射是以重量來計算費用，以哈伯望遠鏡為例，主鏡 2.4 公尺，實重 3.628 噸，減重後 0.828 噸，依美國發射費用，衛星增加重量發射費用約 10,000－100,000 US$/kg，減重至少省下發射費用 2800 萬美元(註1)。因此，太空望遠鏡的鏡片減重除了可以節省發射費用，系統重量的減輕，亦可減少自重力干擾，影響成像品質。幫鏡片減重的方法就是在鏡片背面以研磨的方式將背面材料移除，以三角形、六角形、矩形或圓形等外形排列，達到輕量化的目的。一般來說，以三角形及六角形輕量化結構其綜合性能較佳，福衛五號的主鏡正是以六角形的排列方式將鏡片背面的減重結構研磨成窩巢狀
福衛五號主鏡是採用六角形蜂巢排列結構來達到減重效果；也運用了化學酸洗的蝕刻方式，將鏡片研磨加工後所產生的次表層裂紋層消除，確保衛星發射過程中不會因外力導致裂紋生長造成鏡片破裂；除了消除鏡片本身因加工所造成的缺陷外，在支撐鏡片的結構上使用碳纖維強化高分子複合材料，其具有高強度、重量輕的特性，且利用支撐結構上的弱化結構設計，可吸收掉衛星發射過程所產生的外力，以確保鏡片不會因衛星發射過程中的振動造成破裂或損壞。
大口徑非球面鏡片研製困難，仰賴經驗技術
福衛五號主鏡，其直徑達46.6公分的大口徑非球面鏡片也不同於一般球面鏡片。當光線透過球面鏡片時，會有球面像差情形，尤其在鏡片邊緣，看物體時會有扭曲的現象；而非球面鏡片則是減少鏡片周圍扭曲與變形的程度，透過曲率半徑的變化來消除球面像差，讓鏡片中央與邊緣的光線都匯聚在同一個聚焦點，來提高成像品質。
由於非球面鏡片的曲率沿著徑向方向變化，大口徑非球面鏡片製作無法以傳統球面鏡片利用固定曲率模具大面積拋光，必須仰賴技術人員的經驗，局部慢慢拋光、修正，大幅提升了研製上的困難度，製作時程非常長；且在量測上更是要求嚴謹且需要特殊技術輔助。
太空科技的元件，是管制輸出的項目，許多技術訣竅（know-how）都是我們不知道，或者外國不願意透露給你的，因此許多關鍵技術都要自己揣摩領悟。自從國家決定自主研發衛星後，儀科中心鏡片製作團隊就開始投入相關知識與技術的養成，先後研讀了相關論文超過100篇，花了3年3個月，才完成第一片主鏡的拋光。但沒想到，第二面鏡片的拋光僅花1個月就完成，主要原因在於儀科中心累積了40年以上的光學加工技術，其自主研擬出的大口鏡非球面鏡片的加工程序是有效率而且可靠的。如此，一步一腳印，完成為台灣航太史寫下新一頁的「自製航太鏡片」。(註2)
註1：H. F. Meissinger and S. Dawson, “Reducing planetary mission cost by a modified launch mode”, Acta Astronautica, 45, pp.533-540 (1999).
註2：有關大口徑鏡片製作技術，詳見國家實驗研究院台灣儀器科技研究中心出版之季刊：《科儀新知》216、217期「福爾摩沙衛星五號」專題。
