受自身重力、温度、不同工况下的外部干扰等影响，大望远镜主镜自由状态下位姿会产生巨大变化，导致后端光路不能对准，高分辨率成像质量下降，甚至图像飞出靶面。为消除主镜位姿变化对成像质量带来的影响，本文采用新型高精度电液控制系统对大望远镜主镜位姿进行控制。首先建立望远镜主镜位姿解算模型，分析主镜姿态变化原理；其次采用五个分区的多电机电液控制系统实现主镜姿态主动控制，建立各分区的液压控制系统模型，利用基于望远镜俯仰轴运动时位置误差的多元线性拟合前馈控制（EEFC）及线性自抗扰控制方法（LADRC）进行主镜位姿控制；最后进行测试，结果表明：4 m望远镜俯仰轴匀速运动时，可将主镜Z向平移精度从91.5 μm提升到0.5 μm，偏转角度精度从3 arcsec提升到0.05 arcsec。在1.2 m望远镜俯仰轴变速运动时，可将主镜Z向平移精度从5.04 μm提升至0.2 μm，角度偏移精度从0.65 arcsec提升到0.05 arcsec。在主镜上施加多点力促动器驱力时，主镜Z向位移精度从12.2 μm提升到2 μm内，角度偏移精度从1 arcsec提升到0.03 arcsec。通过测试验证，该控制系统可有效实现主镜光轴稳定，有效保证后端光路的对准与高分辨率自适应成像。

针对共光路系统对环境温度的适应性问题，以温度-光学变形特性研究为基础，提出了一种基于综合传热的主镜组件分区域热控方法。建立了主镜组件的传热模型并分析了典型热控工况下的温度分布特性；对不同材质的主镜进行了热仿真，以热光学试验结果修正模型，使主镜温度场的仿真与实测结果绝对偏差小于1.4 ℃，同时确定了主镜组件的温度梯度控制阈值；采用分区传热策略，使主镜组件达到高温升水平、低温度梯度的热控目标。以某主镜组件为对象进行了仿真与试验：当主镜平均温升达到16 ℃以上时，镜体轴向温度梯度≤2.5 ℃，径向与周向温度梯度≤2.4 ℃，主镜面形变化量小于0.005 λ，该结果可为共光路系统的整体热控方案设计提供优化思路。

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。

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。

为了获得更高的角分辨率，空间光学望远镜的口径越来越大，口径超过4 m的空间望远镜将难以突破现有运载火箭整流罩有效包络的限制。另一方面，在研制周期及成本等方面拥有较大优势的微纳光学遥感卫星也对提高空间分辨率和集光面积有广泛的需求，需要在较小的发射体积里容纳下较大的光机系统，以降低发射成本。可展开空间光学望远镜将成为解决发射尺寸受限的可行方式。从大口径空间天文望远镜、分块式可展开对地观测望远镜和光轴方向可展开微纳卫星光学望远镜等方面对国内外可展开空间光学望远镜的研究现状进行了综述。对可展开空间光学望远镜涉及到的一些关键技术和发展趋势进行了阐述和归纳。

基于微小卫星平台对高分辨相机的重量约束，以高分微纳卫星CX6-02数字超分辨相机研制为例，提出一种基于低体分SiC/Al主镜框的空间相机主支撑的结构形式，并开展主镜框一体拓扑优化设计分析和试验验证。Zernike多项式计算及光机热集成仿真结果验证了低体分SiC/Al主镜框作为空间相机主支撑结构的有效性。热光试验数据及在轨成像结果表明，兼具主支撑功能的低体分SiC/Al主镜框的空间相机试验数据与仿真数据基本吻合，且性能稳定，可为未来采用低体分SiC/Al主镜框作为主支撑的航天相机轻量化设计和研制提供理论与技术参考。

拼接式主镜的设计使超大口径望远镜的构想成为现实。为了研究拼接式望远镜的成像性能，精确分析和量化了拼接式主镜构型、平移误差、倾斜误差对衍射效应的影响，从拼接式光学系统的成像原理出发，基于齐次坐标变换建立了拼接式主镜的光瞳模型，并仿真分析了拼接主镜构型对衍射效应的影响。分析结果表明：对于不同构型的拼接主镜，其衍射效应受拼接主镜的填充因子和孔径间隔共同影响，填充因子越高，孔径间隔越小，系统成像质量越好。以典型的拼接主镜构型为例，分别仿真分析了单个子镜平移误差、倾斜误差和拼接主镜整体平移误差、倾斜误差对衍射效应的影响。分析结果表明：对于单个子镜，平移误差对远场衍射的影响具有周期性；对于拼接主镜整体，当子镜piston误差的均方根值小于0.039λ时，斯特列尔比大于0.95；当子镜tip-tilt误差的均方根值小于0.036λ时，斯特列尔比大于0.95。分析结果为拼接式望远镜的成像性能分析、主镜的构型设计、平移误差和倾斜误差的检测与调整等提供了依据。

我国南极天文台规划有一台主镜口径2.5 m的光学红外望远镜。这台望远镜在国内制造,以大型装配体的形式运输到南极天文台，从南极边沿的中山站到南极内陆的昆仑站需要用雪橇车运输。雪橇车在一些路段振动剧烈。文中以这台望远镜主镜运输的抗振缓冲系统为研究目标，首先研究了隔振系统理论模型，用四端参数法分析了双层隔振系统的传输特性，然后研究了南极内陆科考队在雪橇运输中测得的振动数据，分析了考虑底支承力不均匀时主镜运输的许用动力学条件，提出了一种包含杠杆式缓冲结构和聚乙烯泡沫塑料结构的双层隔振系统，最后对这种隔振系统的性能进行了有限元分析与多体动力学研究。结果表明：所提出的抗振缓冲系统在南极实测得到的最极端冲击信号的作用下可以满足主镜模块最大加速度不大于5 g的要求，此时主镜模块的 Z 向运动范围约1.2 m，该缓冲系统具有实用价值，可以在南极2.5 m望远镜主镜的整体运输中使用。所提出的方法对其他脆弱结构的缓冲系统设计有参考价值。