根据某型号微光多谱段成像仪的整机结构特性和工作条件，设计了一种调焦及像移补偿一体化的设备，达到节约空间、保证成像质量以及实现低照度环境下成像的目的。其中调焦功能由丝杠螺母配合楔形滑块实现，像移补偿功能由音圈电机实现，且配合有动、静态两级锁紧装置，使机构的可靠性、抗冲击性显著提高。结构外形尺寸为 349 mm×192 mm×174 mm，调焦范围为±2 mm，像移补偿量为 3 mm，调焦分辨率为 0.05 .m，实测的定位精度为 ±5.7 .m。扫频振动试验得出其一阶模态为 225 Hz，与有限元仿真分析结果基本一致，正弦振动试验和随机振动试验结果良好，均在技术指标要求范围内，说明具有良好的动态刚度，可以有效地避免共振现象的发生。综上所述，该调焦及像移补偿机构具有体积小，结构强度高的特点，可以很好地满足微光相机的工作条件。

为解决空间反射镜镜体质量和面形精度在轻量化设计过程中会引起相互冲突的问题, 针对某型离轴三反光学系统的长条形主反射镜进行了结构优化设计研究, 提出了一种基于 SiC材料的中心支撑的轻量化结构, 同时引入了多目标集成优化方法, 以镜体质量(Mass)和面形(RMS)同时作为优化目标, 得到一个反射镜最佳结构模型, 其质量为 2.32 kg, 轻量化率达到了 73.8%; 然后, 对反射镜支撑结构进行了结构设计和说明, 并对该组件进行了仿真分析, 在 X、 Y、Z三轴方向 1 g重力工况下的 RMS值分别达到 2.5 nm、2.2 nm、7.3 nm, 4 ℃均匀温升载荷工况下的 RMS值为3.2 nm, 远小于设计要求的 RMS≤λ/50(λ=632.8 nm), 满足设计要求。

为了实现大型曲面透明件雾度和透光率的实时测量, 设计了一种由LED作为光源、双积分球作为信号测量端的雾度和透光率测试仪。在系统工作原理上完成了透光率和雾度的理论推导, 然后进行了光源光谱分布对系统测试结果影响的仿真分析, 光学设计, 积分球参数设计以及支撑调整机构设计, 提高了系统的测试精度和效率。最后, 对大型曲面透明件雾度和透光率实时测试仪进行标定和样品测试。测试结果表明: 标准雾度片的透过率绝对误差均小于0.4%, 雾度绝对误差均小于0.3%, 用户提供样品的透过率测量值与理论计算值的偏差亦小于0.4%, 满足用户要求。

为了提高光学拼接焦平面空间相机的成像性能和图像质量,开展了空间相机研制全过程的辐射定标技术研究,包括辐射响应性能分析、图像传感器的辐射定标及筛选、焦平面辐射定标、系统级辐射定标以及辐射定标数据应用等,并对具有反射镜光学拼接焦平面的空间相机进行了辐射定标实验。结果表明,利用相对辐射校正系数对图像校正,可以有效消除渐晕,图像的非均匀性由14.1%降至0.4%,图像质量明显提升;图像传感器的筛选以及焦平面组件的辐射定标,减少了图像传感器之间的辐射响应差异,相对定标不确定度小于1.0%。

对分层缺陷复合材料进行静拉伸实验，采用红外热像仪监测了试件表面的温度变化，研究了整个过程中试件温度变化的规律、损伤演化过程、热耗散与损伤过程的关系。结果表明，试件表面的温度先线性下降，后持续升高；当试件温度下降到最低点时对应的应力值是试件屈服的极限值；分层缺陷处最先出现热源点，随着时间的变化，热源范围越来越大；有分层缺陷的复合材料的热耗散因子为55%。红外热像技术能够监测缺陷复合材料的损伤，有利于复合材料的工程应用研究。

针对轻小卫星相机质量更轻、性能更好的设计要求, 对空间某中等口径的长条形反射镜提出一种基于中心支撑形式的轻型优化设计方法。选用背部中心单点支撑形式, 不仅从整体上减小了反射镜及其组件的质量, 而且大大简化了支撑结构的设计。采用多目标集成优化的方法, 提高了反射镜在Z向重力工况下的面形精度。设计了适用于中心支撑的柔性支撑结构, 克服了中心支撑刚度低、动态可靠性差的缺点。仿真分析了反射镜及其组件的综合性能, 并与背部三点支撑形式进行了比较。结果表明, 中心支撑的反射镜质量更轻(3.36 kg), 与实体反射镜相比, 轻量化率达到了87%, 组件质量也较三点支撑减小了24%; 在X、Y、Z三轴方向1 g重力工况下的面形精度RMS值分别达到2.2、2.1、7.5 nm, 优于三点支撑形式; 4 ℃均匀温升载荷工况下的面形精度RMS值为2.8 nm, 远小于设计要求的RMS≤12 nm; 反射镜组件的一阶固有频率为135 Hz, 重力作用下镜面的最大刚体位移为3.96 ?滋m。该设计在极大地减小了反射镜及其组件质量的同时, 保证了反射镜的面形精度和组件的动、静态刚度, 满足设计要求, 为同类型空间反射镜的轻型优化设计提供了一种新思路。

设计了一个应用于轻小型空间相机的碳纤维框架。根据光学系统中各光学元件的空间分布特点, 通过比较选择结构性能和工艺性能优异的M40J碳纤维复合材料完成了相机框架的结构设计, 并使用TC4预埋镶嵌的方法解决了碳纤维框架接口精度低的问题。对碳纤维框架进行区域划分, 采用集成仿真与优化设计方法、遗传算法全局寻优与单纯型下山法局部寻优的组合优化策略对碳纤维框架各区域结构参数进行优化设计。经过优化, 碳纤维框架包含TC4预埋件的总质量为15.6 kg, 仅占相机整机质量的18.4%, 相机的一阶频率达104.8 Hz。最后通过力学环境试验得到相机整机一阶频率为102 Hz, 与仿真结果相符, 进一步验证了设计的合理性和正确性。文中提出的碳纤维框架方案对轻小型空间相机设计有一定的借鉴意义。文中所采用的优化方法可广泛应用于空间相机光机结构设计中, 能大幅度提高设计效率, 缩短研制周期。

基于特定的轻量化形式和支撑结构, 采用有限元方法研究了口径为500 mm的空间SiC反射镜的背部中心支撑特性.通过分析镜体结构参量对反射镜性能的影响, 确定了最佳的支撑孔直径与反射镜口径的比例为0.23, 指出对不同口径的反射镜需通过优化确定最佳的背部形状, 当重力沿径向作用时, 增大支撑深度有利于提高面形准确度.支撑结构分析结果表明, 柔性连接件底部螺栓圆半径是影响温变载荷工况下的面形准确度和反射镜组件的一阶固有频率的关键因素, 要确定最佳的底部螺栓圆半径需综合考虑面形准确度和结构基频两方面的指标要求; 背部中心支撑的反射镜面形准确度受外界装配应力的影响较小, 且对柔性连接件切槽深度的变化不敏感; 支撑长度主要影响结构的动态刚度, 减小支撑长度能提高反射镜组件的一阶固有频率.最后确定了空间SiC反射镜背部中心支撑的最大适用口径为750 mm, 对口径小于750 mm的SiC反射镜在结构允许的前提下采用背部中心支撑均能满足设计要求.

为满足轻小卫星相机质量更轻、性能更好的要求, 对某离轴三反空间相机610 mm口径圆形主镜进行了超轻量化设计.选用背部中心单点支撑方式, 采用变筋厚和变筋高的设计形式, 结合集成优化方法, 设计的主镜质量仅为6.23 kg, 面密度约为21.3 kg/m2.并设计了主镜的支撑结构, 仿真分析了组件的静、动力学性能.结果表明：三个方向重力工况下主镜的面形准确度(RMS值)均优于6 nm, 4℃均匀温变载荷工况下主镜的面形准确度优于1 nm; 主镜组件的一阶自然频率为112 Hz, 频响分析的最大应力发生在钛合金柔性连接件的螺栓孔处, 最大应力值为104 MPa, 远小于钛合金的屈服极限870 MPa.主镜轻量化效果显著, 主镜组件的静、动力学性能均满足设计要求, 本文所述单点支撑形式的最大适用口径为683 mm, 为同类型空间反射镜的超轻量化设计提供了思路和参考.