为了保证离轴三反空间望远镜地面装调阶段及在轨调整阶段的成像质量，本文基于矢量像差理论从内在机理层面揭示了轴向失调与横向失调对像差影响的耦合特性，重点分析了两类失调耦合特性产生的补偿关系：（1）针对轴向失调补偿横向失调，揭示了装调过程中系统像质可能处于局部极值的一类工况；（2）针对横向失调补偿轴向失调，提出利用在轨横向失调引入的像散、彗差补偿轴向失调引入的像散、彗差的补偿策略（离焦不能补偿）。本文以实验室现有的一套离轴三反系统为例，充分验证了解析关系的准确性。仿真和实验证明：当系统同时存在轴向失调和横向失调时，系统成像质量也可能达到衍射极限（1/14λ），但系统像质处于局部极小值；望远镜在轨处于失调状态且离焦较小时，可以优先通过校正横向失调以完成系统像质校正，RMS波前误差改变量小于0.02λ。

为降低子镜促动器负载，保证拼接式主镜的面形精度和稳定性，针对子镜组件进行了一体优化设计。根据子镜组件设计要求初步确定了子镜的结构形式，基于反射镜背部三点支撑方案提出了一种开槽横梁多轴柔性支撑结构。为解决组件一体优化设计中引入变量过多，不易收敛的问题，设计了一种基于多岛遗传与梯度优化的组合优化算法。建立了以结构重量、面形精度为目标的优化模型，对子镜组件进行了一体设计、工程分析及试验验证。工程分析结果表明：子镜组件结构重量为1.74 kg，X、Y、Z三个方向上的基频均在400 Hz以上，面形精度均控制在5 nm以内。最后对子镜面形进行了检测，结果显示：子镜面形精度的RMS值为0.019λ（λ=632.8 nm），满足优于λ/50的设计要求，验证了设计和分析的准确性，表明针对子镜组件的一体优化设计方法是合理的，为空间相机反射镜支撑结构组件级一体化设计提供了新思路。

在快速反射镜柔性铰链优化设计中，为保障反射镜精度和稳定性，应尽量提高柔性铰链工作轴转动柔度和非工作轴转动刚度。以某快速反射镜的椭圆弧柔性铰链为研究对象，首先利用最小二乘法和积分思想推导了三个转动轴的转动柔度公式，与有限元法对比，二者最大相对误差小于6.8%，解决了矩形截面扭转柔度积分过于复杂的问题；其次基于改进的非支配排序遗传算法（NSGA-II）对三个转动轴进行了多目标优化设计，达到设计指标，所得最优解和求解效率较传统算法有了明显提高，其中Pareto解求解效率较多岛遗传算法(MIGA)提高了14.3%，较粒子群算法(PSO)提高了25%；最后对NSGA-II算法所得最优解进行了有限元验证，结果表明二者最大相对误差小于6.5%，吻合较好。