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。

在同轴三反射镜消像散（TMA）大口径长焦距相机中，次镜支撑为大质量悬臂结构，该相机系统对次镜的位置精度有较高要求，为提高次镜支撑的动力学特性，保证结构尺寸稳定性，采用理论研究和有限元分析相结合的方法设计了一种轻质高刚度高稳定支撑结构，组件质量为4.5 kg。分析及试验结果表明，组件一阶频率较高达到104 Hz，动力学特性较好。同时设计了结构稳定性试验装置及测试方法，结果表明：经过多次振动，结构尺寸稳定在3 μm以内，组件具有较高抗振稳定性；热真空循环试验前后，结构尺寸亦未发生改变，支撑结构具有较高稳定性，满足空间应用要求。目前该支撑结构已应用于某些高分辨率空间相机中，并为高分辨率、轻质、敏捷空间相机设计提供参考。

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。

针对大型空间红外相机对复杂支撑功能且重量小、刚度高框架的需求，本文设计了一个全部由桁架杆互相支撑形成的框架， 并通过结构分析、工艺试验和力学试验验证了框架的可行性和可靠性。该框架由58根碳纤维支撑杆和21个接头组合形成相机的主支撑结构，可支撑多个周向分布的光学组件，且满足框架总质量不超过55 kg的要求。介绍了框架的装调和胶接方法和步骤，进行了有限元分析和力学试验，验证了三角形封闭的桁架杆结构在黏接强度降低的情况下，仍能够在相机受力状态下具有足够的安全裕度。力学试验得到框架的一阶谐振频率为90.4 Hz，满足一阶谐振频率不低于60 Hz的要求，与有限元分析结果相符。

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。