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.

为了提高碳化硅反射镜的成像质量,针对反射镜传统的轻量化结构提出了改进形式及相应的优化方法.提出轻量化反射镜的变筋厚设计方案,分别基于几何位置与传力路径对轻量化筋进行分组,成像质量与传统结构相比明显提高,指出具有不同拓扑关系的轻量化筋在增强镜体刚度的过程中所起到的作用不同.对反射镜背部的筋板结构进行修剪,改善了远离支撑孔处面形的局部塌陷.针对改进后的反射镜建立集成优化模型,使用多岛遗传算法确定了反射镜中各结构参量的最佳组合.仿真结果表明,基于传力路径的分组改进方案经优化后的性能相比传统结构经优化所得的结果,面形准确度提高了33.2%,重量下降了11.7%.

离轴三反系统 (TMA)在具有高分辨率、大视场的空间遥感器中被广泛使用, 长条形反射镜作为 TMA系统中的核心元件, 其自身的性能直接影响遥感器的成像质量。本文在传统反射镜轻量化结构的基础上, 为改善反射面局部面形质量, 提出一种变筋厚设计方案; 为了确定各结构参数的最佳取值, 将反射面的面形精度和镜体质量同时作为目标函数, 采用邻域培植多目标遗传算法 (Neighborhood Cultivation Genetic Algorithm, NCGA)对其进行集成优化求解; 结合制造工艺的约束, 调整并确定该反射镜最终的设计方案。在 z向 1 g工况下, 优化后的反射镜 RMS值为 1.278 nm、PV值为 5.642 nm, 分别较初始结构 (RMS=1.947 nm, PV=8.349 nm)降低了 34.4%和 32.4%, 且质量比初始结构略有减轻, 从而兼顾了面形精度和镜体质量。这说明本文所提出的轻量化方案和结构参数确定方法适用于 TMA系统中长条形反射镜轻量化结构的设计, 对今后相关元件的研制具有一定的参考价值。