设计并研制了碳纤维复合材料主次镜连接筒.根据光学设计中的公差分配, 结合复合材料层合板理论, 分析了复合材料铺层设计对面内刚度和轴向及周向热膨胀系数的影响, 确定了最终的铺层方式.利用有限元软件分析了重力作用下及温度变化时主次镜间的位置变化及连接筒的模态分布.最后, 完成了碳纤维复合材料薄壁连接筒的成型和精加工, 检测了主次镜系统光学性能, 并对装配完成后的相机进行了鉴定级力学试验.分析结果表明: 在1g重力载荷及2℃温升耦合作用下,次镜偏心小于0.002 mm, 次镜倾斜小于2″, 主次镜连接筒及次镜系统组合体基频达到265 Hz, 满足光学设计要求和结构稳定性要求.光学性能检测结果及力学试验结果表明, 主次镜系统波像差满足装配要求, 主次镜连接筒能够承受鉴定级力学试验考核, 连接主次镜的两端响应放大仅1.7倍, 体现了良好的阻尼性能.本文中研制的主次镜连接筒重量仅为6.4 kg, 实现了高轻量化和高刚度, 满足空间相机对主次镜位置精度和稳定性的要求.

基于最小二乘法,利用面积加权的平均运动推导出了光学元件的表面平均刚体运动方程。基于微振动进行了光学系统调制传递函数(MTF)的影响分析,计算了相应的像移量及对应的系统光轴偏转角。利用刚体运动方程对频率响应分析数据进行了处理。根据系统光轴偏转角要求反推了光电载荷安装面的微振动量级要求。通过定频微振动实验实时测试了系统MTF。结果表明,分析结果与测试数据的误差均在20%以内,满足工程应用的要求,并验证了该计算方法的正确性。

在位相差异技术原理的基础上, 利用现有平台, 通过室内实验以及室外推扫成像试验, 检验了位相差异技术波前反演的效果.试验表明: 以干涉仪实测波前与反演波前的残差均方根误差作为评价标准, 基于位相差异技术的波前反演精度可达1/40λ(λ=632.8 nm); 同时, 利用反演波前进行的图像复原滤波能够大幅改善推扫退化图像的品质, 复原后图像信噪比的提升量优于40%, 奈奎斯特频率处调制传递函数的提升量超过80%.间接地证明了位相差异波前反演技术的实际效能, 为位相差异波前反演技术的空间应用奠定了基础.

从薄板弹性理论出发, 对可实现曲率变化的环形线负载驱动模型进行分析, 给出了基于该模型的大镜厚比变曲率反射镜的形变方程.以较小的驱动力实现较大的中心形变为目标, 利用MATLAB软件对不同反射镜厚度、驱动环半径下的反射镜形变情况进行模拟计算, 结果表明, 反射镜厚度范围在2~4 mm之间、驱动环半径数值在反射镜有效半径1/2处最佳.以此为依据, 设计并研制了口径为100 mm、厚度为3 mm的铍青铜环形线负载驱动变曲率反射镜结构及原型样片, 给出了变曲率反射镜整体结构前10阶的振动模态分析结果.完成装配后, 反射镜原型样片的面形精度接近λ/30（λ为波长）.对该结构进行极限曲率变化和面形精度保持的验证实验, 通过对变曲率反射镜结构进行改进, 环形线负载驱动能够实现超过30个波长（632.8 nm）的中心形变, 且面形精度的变化与反射镜中心矢高的变化呈弱相关.

以轴对称光学系统的初级矢量波像差理论为基础, 通过引入孔径缩放因子和孔径偏移矢量, 获得了离轴反射光学系统初级像差特性。通过分析可知: 离轴反射光学系统的初级像差依然由球差、彗差、像散组成。由于孔径缩放因子存在, 离轴反射光学系统的波像差系数均有不同比例的减小, 且轴对称光学系统的高级孔径像差会在对应离轴光学系统中引入较低阶孔径像差, 例如轴对称光学系统未校正球差, 对应的离轴光学系统除过球差外还将引入彗差、像散等。相比于轴对称光学系统的像差, 由于孔径偏移矢量的引入, 离轴反射光学系统的像差不再关于中心视场旋转对称, 有可能在轴外视场产生像差零点。