大口径望远镜主次镜之间的相对位姿有着非常严格的要求，由于主镜质量较大，因此常常将次镜系统设计为有多个自由度的可调整机构，其调整效果对望远镜成像有着重要的影响。为了降低望远镜的整体高度，对次镜桁架和次镜调整机构进行融合，设计了一种可用于大口径望远镜的次镜桁架调整机构。首先对所设计的调整机构进行了详细的介绍，之后对所设计的机构进行静力学和模态分析，然后对试验样机进行运动学性能测试。所设计的机构在Z方向的移动行程可达±5 mm，绝对定位精度优于16 μm，在X/Y方向的偏转行程可达±0.574°，绝对定位精度优于6.4″。满足大口径望远镜对次镜调整精度和行程的要求。

为了保证4 m口径碳化硅主镜的六杆硬点定位系统有足够高的固有频率，对六杆硬点定位机构的构型参数进行了优化设计。首先，推导了主镜六杆硬点定位系统的动力学方程和固有频率方程，建立了机构的构型参数、硬点的轴向刚度、主镜的质量和惯量与主镜系统的固有频率之间的函数关系；接着，通过有限元分析获得了用于4 m碳化硅主镜定位的硬点的轴向刚度；然后，基于固有频率方程，以最大化4 m碳化硅主镜系统的一阶固有频率为目标，使用遗传算法对六杆硬点定位机构的构型参数进行优化；最后，对最优构型下的4 m碳化硅主镜系统进行了模态分析。硬点的轴向刚度为33.044 N/μm，优化后的4 m碳化硅主镜系统的一阶固有频率达到30.83 Hz，相对初始值有较大提高。优化方法可以有效提高主镜六杆硬点定位系统的一阶固有频率。

针对大口径透镜，提出了一种新型混合柔性支撑结构，能够使透镜同时满足面形精度及位置精度要求。首先利用卡氏第二定理对各柔性铰链进行分析，建立支撑组件整体柔度模型。然后以柔性支撑组件的总变形能为目标函数，以位置精度及实际使用空间要求为约束，建立结构优化设计模型。之后确定径向柔性支撑结构对组件整体柔度的敏感度最大并对其刚度进行验证。最后对优化后的透镜组件整体结构进行有限元分析，同时利用曲面拟合方法计算镜面面形精度。仿真结果表明，在该新型混合柔性支撑结构的作用下，透镜在各要求工况下的面形精度均优于λ/20 (λ=632.8 nm)。所设计的新型混合柔性支撑结构及其理论分析过程可为高精度大口径透镜的支撑技术提供参考。

基于半主动光学技术的半主动支撑，通过力矩促动器(Warping Harness, WH)弹簧叶片将校正力转换为校正力矩，对由重力、温度等误差源引入的镜面低阶像差进行校正。针对利用传统经验设计反射镜时存在的设计缺陷，提出一种反射镜支撑系统优化设计新方法，即结合结构尺寸优化和经验设计的镜面支撑系统综合设计优化方法，并建立一套基于WH 的半主动镜面支撑系统。首先，按照经验公式设计了支撑系统初始结构；设计了一款L形镂空式WH弹簧叶片，并对其开展了非线性分析及疲劳分析，确定叶片厚度为2 mm、寿命为1.2×10⁶次。然后，通过优化镜面支撑点位置、三角板柔节位置、支撑系统柔性件关键尺寸参数，将光轴竖直及水平状态下镜面RMS值由119 nm和106 nm分别降至13.3 nm和4.8 nm；1 °C温差状态下镜面面形差由2.8 nm降至1.9 nm；一阶谐振频率由80 Hz提升至130 Hz。最后，采用提出的方法对半主动支撑系统的校正能力进行验证。结果表明：本套半主动支撑系统对镜面离焦、初级像散、初级慧差、初级球差的校正率最高可达99%，且校正后各像差幅值均小于1 nm；室温自重状态下对镜面面形RMS值校正率最高可达46.5%；温升10°C情况下的校正率为31.28%。

随着天文探测的不断发展，望远镜的口径越来越大，拼接镜面技术为大口径望远镜主镜的设计提供了一种比单镜面形式更简单可行的替代方案，现已成为大口径望远镜主镜设计的重要途径。本文以詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)和三十米望远镜(TMT)等典型拼接式望远镜的主镜设计为参考，总结了当前拼接镜面技术的发展现状；并阐述了在大规模子镜背景下，不同子镜拼接方案的性能差异，以及镜面支撑技术和共相检测技术的未来发展趋势，希望可以为我国下一代极大口径光学望远镜的自主研制提供参考。

可变智能桁架在光学设备装调与在轨组装与维护等方面均有着巨大的优势，针对可变智能桁架在大口径光学设备上的相关技术及应用进行了归纳总结，并对其未来发展趋势进行了展望。首先，针对少自由度串联构型的桁架论述了关于望远镜嵌合式可变智能桁架设计及其应用；之后，着重介绍了可变智能桁架在望远镜在轨组装、调节以及在轨服务中的应用。针对其自由度与定位精度高的特点，总结了智能桁架调节时可使用的反馈方法并对可变智能桁架的结构与控制算法进行了论述；最后，对目前应用于智能桁架的技术进行了总结，并对未来的发展趋势进行了展望。