为了减小弹载光学系统支撑结构在服役温度下的热膨胀变形，选用纤维方向热膨胀系数小、可设计性强、比重小的碳纤维复合材料代替钛合金作为支撑结构主体材料。首先测定复合材料沿纤维方向和垂直纤维方向的线热膨胀系数，并在此基础上建立复合材料层合结构热膨胀仿真分析方法，然后以轴向前端热膨胀变形量最小为目标、质量与基频为约束进行复合材料支撑结构优化设计，通过有限元数值仿真验证设计方法的有效性。结果表明：碳纤维复合材料支撑结构相较于钛合金支撑结构在50 ℃的均匀温升区间内轴向前端热膨胀变形减小87.8%，质量减小63.2%，基频提升了24.4%，满足了支撑结构对超低热膨胀、轻量化和动态特性的要求。

大口径望远镜主次镜之间的相对位姿有着非常严格的要求，由于主镜质量较大，因此常常将次镜系统设计为有多个自由度的可调整机构，其调整效果对望远镜成像有着重要的影响。为了降低望远镜的整体高度，对次镜桁架和次镜调整机构进行融合，设计了一种可用于大口径望远镜的次镜桁架调整机构。首先对所设计的调整机构进行了详细的介绍，之后对所设计的机构进行静力学和模态分析，然后对试验样机进行运动学性能测试。所设计的机构在Z方向的移动行程可达±5 mm，绝对定位精度优于16 μm，在X/Y方向的偏转行程可达±0.574°，绝对定位精度优于6.4″。满足大口径望远镜对次镜调整精度和行程的要求。

为满足拼接式超大面阵型红外探测器的空间应用需求，超大规模冷平台组件需要在低温下工作，冷平台支撑结构需要较高的刚度以满足组件的抗振动性能，又需要较高的结构热阻以降低其传导漏热。提出了对称式八杆结构作为冷平台支撑，该支撑结构采用新型的高强度、低热导率的氧化锆陶瓷材料。基于有限元软件分析了支撑结构的高度、安装倾斜角度、宽厚比和材料对于组件的模态基频、支撑结构热阻以及组件在30 g静力学载荷下的最大应力的影响，通过对比选取了其中一组参数设计了实际的测试组件，支撑的结构热阻达到了220 K/W，对组件进行了5~2 000 Hz的正弦扫频试验、总均方根为9 g RMS的XYZ三个方向的随机振动等力学环境试验，最终组件通过了空间环境适应性试验验证，组件的基频达到了560 Hz，并且测试结果与仿真结果趋势符合较好。结果表明：对称式八杆氧化锆支撑结构解决了超大面阵型红外探测器冷平台组件既需要高力学性能又需要低漏热的难题，满足工程化应用需求。

针对大口径透镜，提出了一种新型混合柔性支撑结构，能够使透镜同时满足面形精度及位置精度要求。首先利用卡氏第二定理对各柔性铰链进行分析，建立支撑组件整体柔度模型。然后以柔性支撑组件的总变形能为目标函数，以位置精度及实际使用空间要求为约束，建立结构优化设计模型。之后确定径向柔性支撑结构对组件整体柔度的敏感度最大并对其刚度进行验证。最后对优化后的透镜组件整体结构进行有限元分析，同时利用曲面拟合方法计算镜面面形精度。仿真结果表明，在该新型混合柔性支撑结构的作用下，透镜在各要求工况下的面形精度均优于λ/20 (λ=632.8 nm)。所设计的新型混合柔性支撑结构及其理论分析过程可为高精度大口径透镜的支撑技术提供参考。

在大口径、长焦距空间遥感相机中，主、次镜间相对位置变化会影响相机的成像质量和稳定性，因此，作为主次镜间承力结构的主次镜支撑结构，是相机设计过程中的关键一环。本文针对大口径、长焦距相机特点，设计并研制了碳纤维薄壁筒式主次镜支撑结构。首先，根据给定光学系统，选取了筒式基结构形式。然后，根据筒式基结构形式的特点，依次对筒式结构的次镜支撑梁和纵向加强筋的几何结构形式进行了分析与选型。接着，为了充分发挥碳纤维材料铺层可设计性特点，对主次镜支撑结构进行了结构关键尺寸、铺层厚度和铺层角度三者的迭代优化设计，并对设计结果进行了有限元仿真分析。最后，通过测量次镜角度变化量和特征级扫频振动试验，验证了支撑结构的稳定性和结构刚度。试验结果表明：次镜相同状态下长期监测差值变化量小于1.5″，重力翻转前后变化量小于1.08″，支撑结构一阶固有频率大于115 Hz，轴向频率大于180 Hz，表明主次镜支撑结构具有良好的刚度和结构稳定性，满足设计指标要求。