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。

针对天文观测和**建设对超大口径空间遥感器的迫切需求, 对分体式超大口径空间遥感器技术进行了系统研究。首先阐述了该技术的主要实现方式和基本原理, 主要包括分体自重组系统, 分体空间装调系统和分体空间制造系统, 概述了不同实现方式的发展历史和研究现状; 总结了各种实现方式的结构特点和核心技术, 并对其发展前景进行了分析和展望。最后, 根据我国未来空间探测的实际需求, 结合现阶段技术水平和未来的技术潜力, 给出了重点发展分体自重组技术, 积累完善分体空间装调技术, 布局分体空间制造技术的建议。

为了满足卫星平台的要求，需要对 某型号电控箱进行轻量化设计。给出了一种小体积、轻 质量、高稳定性电控箱的结构形式。针对遥感器电子学设备 在轨工作时的复杂工况，提出了一种电控箱防护性设计方法。对大功 耗元器件采取了主动热控措施。最后用有限元法对电控箱进行 了模态分析。结果表明，电控箱的一阶模态为240 Hz，远大于不 小于140 Hz的技术指标，能够满足空间应用的要求。

为了在不影响杂散光抑制效果的同时减少空间遥感器的结构尺寸, 方便其姿态控制, 提出了一种超短型内嵌式遮光罩。介绍了超短型内嵌式遮光罩的基本结构形式及其优化设计方法。重新设计了遮光罩的形状, 采用超短型多层遮光筒结构代替了传统设计中过长的外遮光罩。改变了遮光罩与主体结构的安装方式, 将遮光罩嵌入式安装于空间遥感器的主体结构, 最大限度地压缩了结构尺寸。以某航空相机光学载荷为例, 分析了该种遮光罩的可行性和消杂散光效果。采用Light-tools软件优化设计了双层同心圆柱筒结构的遮光罩, 并对该遮光罩的杂散光抑制效果进行了评估。模拟计算结果表明, 外遮光罩采用超短型内嵌式结构后, 遮光罩总长度和重量均减小为传统设计结果的1/3。系统的点源透过率(PST)曲线显示其整体呈下降趋势, 且在离轴角大于25°后, 光学系统的PST降低到10-7以下。另外, 设计的遮光罩能够有效抑制视场外杂散光, 其杂散光抑制能力与其他离轴、同轴系统大体相当, 满足使用需求。

针对空间遥感技术的迅速发展及其对空间探测精度需求的提高, 对研制更可行有效的超大口径空间光学遥感器的技术路线开展了研究。介绍了该领域已发射和计划发射的超大口径光学遥感器涉及的发展历史和结构特点, 以及它们的研究现状和应用领域, 主要包括整体式成像系统、分块可展开成像系统、光学干涉合成孔径成像系统和衍射成像系统等。分析对比了各种传感器的性能特点及现阶段的应用情况。最后, 考虑我国高分辨率、高成像质量空间光学遥感器的应用需求, 结合当前技术条件以及相关技术的发展趋势, 分别针对2~4 m大口径系统, 4~10 m超大口径系统和更大口径系统的成像需求提出了最佳解决方案。