研制了一种小型全光纤耦合非平面环形腔固体激光器，在1.5 W的808 nm半导体激光器泵浦下，单模保偏光纤耦合输出功率近600 mW，线宽小于200 Hz，偏振对比度优于20 dB。对该激光器的调谐、频率稳定性、功率稳定性等性能进行了研究，该激光器通过了力学试验(随机振动均方根加速度为19.8g，其中g为重力加速度)和温度试验(－20～＋65 ℃)，试验前后输出功率变化小于5%，可以用于对力学环境和温度环境要求较高的场合。

针对多光谱相机的整机设计秉承集成化、小型化和超轻质的设计理念,提出一种结合最小尺寸约束的变密度拓扑优化与多目标集成优化的设计方法,并借助此途径完成空间离轴微晶反射镜及背部支撑结构(消热芯轴、柔节和背板)的优化设计。对于尺寸为218 mm×166 mm的反射镜,质量为0.917 kg,轻量化率为71.3%,并对加工装配好的反射镜组件开展工程环境试验和面形干涉检测。试验结果表明,环境试验前后的反射镜镜面面形的方均根值均优于1/50λ,检测波长λ=632.8 nm,基频为397.8 Hz,满足光学系统的设计要求以及卫星平台对光学载荷的要求,验证所提方法的可行性和正确性。

鉴于空间遥感器反射镜组件需要具有高面形精度、高可靠性和高稳定性支撑的性能, 设计了一种应用于天基反射镜的三点背部支撑结构, 该支撑结构包括锥套、柔节和修研垫。对三点背部支撑的支撑原理以及工程实现开展了深入研究。对引起三点背部支撑反射镜组件面形误差变化的误差源进行了归纳总结, 研究了各个误差源引起面形变化的作用机理, 对支撑结构开展相应的设计来缓解各个误差源导致的反射镜的面形精度的变化。首先采用有限元仿真的方法对设计结果开展静、动力学仿真, 然后对加工装配完成的反射镜组件开展了试验测试。测试结果表明, 在工作状态下采用该三点支撑结构的镜组件的面形误差优于λ/60(λ=632.8 nm), 镜体刚体位移小于0.01 mm, 镜体转角小于2″, 质量小于4.5 kg。整个组件具有合理的模态分布, 基频是254 Hz, 大大高于设计要求值120 Hz。镜组件在正弦振动和随机振动下的最大放大倍率为1.73倍, 在正弦振动和随机振动下的最大应力为369 MPa, 远低于选用材料的屈服极限。

为了降低重力、力学试验、发射条件以及因材料线胀系数差异导致的热变形对CO2探测仪反射镜面形产生的影响, 从反射镜组件材料选择、结构设计和配合方式几个方面进行了分析。采用SiC材料制作反射镜, 结合反射镜的环形支撑方式, 通过有限元分析对镜体进行轻量化设计。选取线胀系数较小的殷钢材料, 利用三角形结构的稳定性和双脚架柔性结构的灵活性设计出简易可靠的反射镜支撑结构。反射镜与支撑结构接触面为1∶50的锥度面, 通过环氧树脂进行胶接。在严格的工艺条件控制下, 对反射镜组件进行精密加工和装配。对反射镜组件进行力学试验测试, 结果表明在X向、Y向、Z向的一阶频率分别为445, 423和444 Hz, 与有限元分析结果接近。试验后镜面面形变化量PV值小于1/10λ, RMS值小于1/30(λ=632.8 nm)。证明了CO2探测仪反射镜组件结构设计与装调的合理性, 满足空间高光谱成像要求。

针对空间遥感器反射镜对支撑功能的需求,设计了一种应用于空间领域的大口径反射镜复合支撑结构。该复合支撑结构包括A框加切向拉杆的周边支撑和3组whiffletree结构组成的背部支撑。研究了复合支撑的支撑原理和工程实现。基于功能分配和指标分配的理念设计了复合支撑结构。采用有限元分析的手段对设计结果进行了静力学和动力学仿真验证, 然后对实际的支撑系统进行了相关的试验测试。试验结果表明, 采用复合支撑的反射镜组件在工作状态下的面形精度优于λ/50(λ=632.8 nm), 镜体刚体位移小于0.01 mm, 镜体转角小于2″, 质量小于50 kg。整个组件模态分布合理, 基频为161 Hz, 远高于设计要求的120 Hz。各项仿真和测试结果均表明该复合支撑效果良好, 满足空间遥感器对可靠性和稳定性的需求。

针对某空间相机的光学设计结果，基于不同材料的机械加工特性，设计了几种结构形式的框架并进行了选型。采用有限元法对各框架的谐振频率进行了分析，对框架的经济性也进行了分析，最终确定了框架的结构形式。选定的框架为全桁架杆结构，重量为57 kg，一阶谐振频率为90.4 Hz。框架组件的力学试验验证表明，其一阶谐振频率为88.7 Hz。分析和试验结果均表明,该框架能够满足设计要求。