空间遥感器的大口径反射镜的设计目标是高比刚度。为限制发射成本, 尽可能降低镜体质量; 为保证反射镜的功能需求, 尽可能提高镜体自身的刚度, 随着反射镜口径的增大, 反射镜的轻量化设计更加重要。针对某Φ2 m口径天基大口径反射镜镜体的轻量化设计, 采用了传统经验设计、拓扑优化设计和尺寸参数优化设计相结合的综合优化设计方法, 相对大口径反射镜镜体的传统轻量化设计方法, 这种综合优化设计方法可使设计结果快速收敛, 获得最优化的设计结构。采用综合优化设计方法完成镜体的优化设计后, Φ2 m口径天基大口径反射镜镜体的质量为326 kg, 镜体轻量化率高达82.5%, 单镜在光轴竖直状态, 在1 g重力载荷作用下, 取决于镜体刚度的评价镜体成像质量的镜面面形精度RMS值的变化量优于4.9 nm, 单镜在光轴水平状态, 在1 g重力载荷作用下, 镜面面形精度RMS值的变化量优于4.3 nm。结果表明, 镜体质量优于设计要求的340 kg; 镜面面形精度RMS值变化量优于设计要求的5 nm, 满足了镜体要求的高比刚度要求。

针对空间遥感器反射镜组件的结构复杂性和高性能需求, 对空间遥感器反射镜组件的设计方法进行了研究。提出了一种经验设计、拓扑优化与尺寸参数优化相结合的设计方法, 该方法可使设计结果快速收敛, 获得最优化的设计结构。采用该方法完成了某空间遥感器反射镜组件的结构设计, 通过有限元分析的手段得到了表征反射镜成像质量的RMS值, 同时对整个反射镜组件进行了动力学分析计算, 最后利用环境试验对有限元分析结果的正确性和设计的合理性进行了验证。结果表明: 在重力载荷、温度载荷、镜面加工残差和装配误差的综合影响下, 反射镜组件面形误差RMS值满足使用要求; 整个结构有一个好的动态刚度和合理的模态分布, 反射镜组件动态性能优良, 满足使用要求。针对反射镜组件的设计, 该设计方法是一种有效的、可靠的设计方法。