为了满足人类对地观测和宇宙探索的更高性能要求, 空间望远镜反射镜口径已经从米级向十米量级迈进, 呈现不断增大的趋势。大口径反射镜支撑与反射镜面形精度和稳定性直接相关, 是决定空间望远镜实际观测能力乃至任务成败的关键技术之一。首先对大口径反射镜的三种主要支撑形式进行了介绍并做出适用性比较。在此基础上, 从影响反射镜支撑设计的各个因素出发, 讨论了反射镜支撑的设计原则。然后结合设计原则的讨论和国内外研究进展对支撑点数量和位置优化、无热化设计、无应力装配设计等大口径反射镜支撑关键技术及发展方向进行了探讨, 期望对我国大型空间望远镜的研制提供借鉴, 在新一轮空间探索热潮中实现跨越发展。

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。

针对同轴三反式空间光学遥感器对大口径主反射镜组件的高刚度、高强度、高热稳定性等特殊要求，提出一种基于Cartwheel型双轴柔铰的三点柔性支撑结构。首先利用无量纲方法研究了单个柔性支撑的柔度特性，然后利用有限元方法对反射镜组件的静力学、动力学与热特性进行灵敏度分析，确定了支撑结构中柔性环节的几何尺寸参数，并进行了有限元数值仿真。最后，利用面形值为λ/40均方根(RMS)的非球面镜进行了反射镜组件面形检测实验并利用等效球面镜组件进行了动力学实验。仿真与实验结果表明：当柔性环节尺寸为：壁厚t=8 mm，直梁高度h=4 mm，直梁长度L=8 mm时，在正交三向自重与15 ℃稳态温升作用下，反射镜面形精度RMS小于12 nm；反射镜组件一阶固有频率实验值为296 Hz，与仿真结果相差6%，能够满足使用要求。

本文针对某空间遥感器一重要光学元件即反射镜组件进行了结构设计。该反射镜的结构特点是长宽比大且口径大, 经过优选反射镜材料、认真分析矩形反射镜支撑特点及对反射镜支撑定位原理的仔细研究, 提出了一种基于半运动学定位原理的柔性支撑方案, 即背部三点支撑加三点辅助定位的复合支撑形式, 并应用计算机仿真手段进行了静、动态及热特性分析。经试验验证, 方案合理可行。该方案普遍适用于大长宽比的大口径的反射镜, 解决了大长宽比大口径反射镜结构支撑难题。

主反射镜的口径大小与结构形式在极大程度上决定了空间望远镜的技术难度与经济成本。为了实现更高的空间分辨率与更强的信息收集能力，各国研制的空间望远镜主反射镜的口径朝着越来越大的趋势发展，从“哈勃空间望远镜”(HST)的24 m，到“新世界观测者空间望远镜”(NWO)的4 m，甚至到“先进技术大口径空间望远镜”(ATLAST)的8 m，无不体现了对超大口径空间观测能力的追求。而单块式主镜凭借其支撑技术的可靠性与经济性，正成为超大口径空间望远镜的首选。通过对国外研制的超大口径空间望远镜的论述与分析，探讨了目前空间望远镜中超大口径主反射镜的关键技术与发展方向。针对目前国内运载能力与光学制造加工能力的极限，提出了建造基于35 m口径主镜的空间望远镜设想。

粘接结构由于其结构简单、紧凑，应力分布均匀，温度适应性好等优点在光学仪器中应用广泛。对反射镜背部嵌套粘接金属衬套的支撑结构做了详细研究，选择弹性模量较低的粘接剂作为粘接结构用胶；从力学性能角度分析胶层厚度和粘接面积，从热学角度分析胶层的消热粘接厚度。对粘接结构对反射镜位置精度的影响进行分析，包括反射镜的偏心量和光轴方向的移动量。

调焦反射镜组件作为空间相机整体光机结构设计的组成单元，其结构设计的优劣直接关系到相机成像质量的好坏。该论文的研制背景基于某宽幅相机，调焦反射镜具有长宽 3：1的狭长形轮廓，使得支撑结构设计难度较大。为保证调焦反射镜光学表面始终保持良好的成像性能，调焦反射镜柔性支撑结构必须具有良好的动、静态特性，并且具有较轻的质量，较高的比刚度和良好的加工、装调性。经分析计算，本文设计的柔性支撑结构使调焦反射镜在使用工况下面形达到 1/50λ，一阶模态达到 275 Hz，满足性能指标要求。

为了使一种全新的离轴四反射式光学系统达到很好的光学性能, 对在该光学系统中的四个大小形状不一的球面反射镜分别进行了分析。结合反射镜的结构形状和相对位置特点找出了最适合每片反射镜的支撑方案。经过有限元分析进行了辅助设计和优化设计, 使各个支撑结构达到了性能最佳、整机重量最轻、公差分配最合理。

相机在从地面到太空的过程中, 需要经历重力、温度、气压、辐射等多种环境因素的变化, 而这些因素都可能导致空间相机分辨率下降、像质变坏、功能失效甚至系统破坏。所描述的系统工作于18±15℃的温度环境, 要求光学反射镜在30℃温度变化范围内仍能正常成像。经优化设计, 应用计算机仿真手段进行了静、动态及热特性的分析,提出了一种采用中心粘接结合Bipod柔性支撑形式, 解决了在大跨度环境温度范围下的反射镜结构支撑问题。