反射镜组件作为空间相机的重要组件,在进行组件装配时,不但要保证其联接结构具有足够的联接预紧力以抵御动载荷或工作温度变化带来的影响,还要准确控制拧紧力矩避免对镜面面形造成较大的影响.以某空间相机的主镜组件为例,对螺钉防松的工作机理、采用防松粘接剂情况下的实际紧固力矩计算、对反射镜镜面的影响等方面进行了分析计算,并进行了试验验证.分析及试验结果表明,不同的螺钉防松胶对拧紧力矩、预紧力及反射镜面形造成较大的影响,其中,与不使用防松胶相比,硅橡胶(GD-414)和厌氧胶(J-222)对镜面面形的影响分别增加了31.9%和74%.在使用螺钉防松胶进行防松处理时,应根据不同防松胶的具体特性,调整螺钉拧紧力矩,在联接环节具有较高可靠性的同时,降低其对反射镜面形的影响.

为了验证相位差异波前检测器演示系统利用自带光源独立完成波前检测任务的能力，搭建了基于相位差异法检测镜面面形的实验平台。测试时在焦面和离焦面上同时采集短曝光图像，在已知离焦量的前提下解算出波前相位分布并恢复出目标，从而实现对大镜面像差的估计。为了进一步验证相位差异测量方法的准确性，对相位差异法与高精度的ZYGO干涉仪得到的测量结果进行了比较分析。实验结果表明: 两种方法获得的面形误差分布及误差的峰谷值(PV)和均方根值(RMS)一致性很好，而波前RMS的测量精度达到了2.83/1 000λ。得到的结果表明提出的相位差异法能有效地检测出镜面的像差，且准确性很好。

光学系统中，为防止像差的引入造成成像质量下降，光学元件的准直与间距必须严格保证。所以，在光学仪器接口设计过程中，提高接口的重复性定位能力和降低接口的接触应力水平是非常重要的。在30 m 望远镜(TMT)三镜系统设计过程中，三镜作为Ritchey-Chirtien (R-C)式光学系统中重要的光学元件，需严格保证其位置和姿态。三镜系统寿命周期中，由于清洗、镀膜的要求，需要多次拆装，为保证装配精度，需设计了一套定位用运动学接口。从运动学定位原理出发，使用赫兹接触理论以及IBM 磨损理论对运动学接口进行了相应校核，并分析了影响运动学接口重复性定位精度的相应误差源，使用蒙特卡罗方法进行了相应仿真。另外，以三镜面形作为评指标，使用Ansys 软件模拟了运动学接口，研究了接口参数对于三镜面形的影响。分析结果显示，在现有的设计及精度下，接口的接触应力水平满足使用要求，三个方向的重复性定位精度以及支撑效果能够达到设计指标。

为了分析温度对大口径轻质主镜反射面面形的影响, 对大口径轻质主镜建立了三维模型, 利用有限元软件 patran/nastran对其进行了稳态和瞬态的热特性分析。主要分析了均匀温度分布, 径向温差, 轴向温差和外界环境温度变化对主镜面形的影响。结果表明：在径向温差, 轴向温差和外界温度变化情况下, 主镜面形均受到很大的影响, 且面形 PV值和均方根值 RMS随着温度梯度的增大, 呈线性增加的趋势; 环境温度在 15 ℃到 25 ℃以正弦规律变化时, 在 2.8 m主镜内部产生的温度梯度导致的镜面变形的 PV值和 RMS值波动范围为 100 ~500 nm和 25 ~150 nm; 均匀温度分布对主镜面形的影响相对较小。

空间环境温度的变化对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪光学系统成像质量的影响很大。以主镜组件为例，利用有限元方法对不同的温度分布形式，即均匀温度场及 3个方向温度梯度对主镜面形的影响进行了分析。通过对不同温度分布下主镜表面各点的变形量进行标准球面拟合，得到了面形 RMS值的变化规律，通过对比主镜面形公差的设计要求，确定了主镜正常工作所需的控温范围。其中均匀温度场的温度变化量需 ≤2℃，由于主镜对 Z向温度梯度分布相对 X向和 Y向更敏感，因此对热控提出了 Z向的温度梯度要求，而无需对 X向和 Y向温度梯度进行控制。

镜面面形误差是空间相机反射镜的重要指标之一,对空间相机反射镜结构的设计及优化具有重要的指导意义。为分析空间相机反射镜在各种工况下的面形误差情况,以球面镜为例,对镜面面形误差的计算方法进行了研究。采用三种不同的球面拟合方法对变形后的反射镜镜面进行球面拟合,并计算得变形后反射镜镜面面形误差的RMS值和PV值。最后,通过计算实例对三种面形误差计算方法进行了比较,结果表明三种计算方法精度均满足空间相机反射镜镜面面形误差计算精度要求(优于1 nm),综合考虑计算精度及效率,高斯-牛顿法为最佳计算方法。

为实现用小口径面形干涉仪完成对大口径光学镜面面形的检测，发展了斜入射检测方法，增大投射到待测镜上光斑的尺寸，从而增大干涉仪检测的镜面口径范围。推导了斜入射法检测平面反射镜面形的公式，并考虑了此方法可能引入的误差。对尺寸为124 mm×42 mm的平面反射镜分别在垂直和不同斜入射角条件下进行了测量，垂直入射时测得镜子工作表面面形起伏高度均方根（RMS）和峰谷(PV)值分别为16.3 nm和67.8 nm，斜入射时测得镜子工作表面的面形起伏高度RMS和PV值分别为16.8 nm和68.7 nm，相对误差分别为3%和0.9%，可以满足第三代同步辐射光束线的要求。

针对空间光学遥感器圆形反射镜在安装过程中会由于采用间隙配合胶接方法在温度变化时产生非对称应力从而引起非对称像差(主要表现为像散)，以及使用的胶层为非线性材料使反射镜面形变化不可逆从而降低结构可靠性等问题，提出了基于过盈配合的无隙支撑方法。该方法依据最小势能原理，使用柔性块以过盈配合的方式固定反射镜。采取线性搜索方法分析得到了适当的过盈量(0.03 mm)，利用有限元方法模拟实际工况，得到镜面面形变化情况。对反射镜组件进行温度循环试验，并利用干涉仪对反射镜进行检测。试验显示，温度变化±4 ℃时，镜面面形RMS值最大为0.018λ，符合设计要求(RMS值≤0.02λ)，干涉图表明反射镜受力均匀、无像散；在温度循环试验中，反射镜面形变化可逆。这些结果表明，对于圆反射镜，采用无隙支撑方法能够很好地解决温度变化对镜面面形的不利影响。

为满足空间反射镜高面形精度、高轻量化率的要求，在外径700mm圆反射镜的设计过程中引入拓扑优化方法，依据变密度法建立了SIMP模型。在反射镜光轴方向重力工况下，以结构整体柔度为设计约束，最小体积为设计目标进行迭代，优化设计出了RMS值为8.89nm，轻量化率达82％的反射镜模型。在同等质量下，基于传统的三角形轻量化孔结构设计出的反射镜模型RMS值为11.75nm，轻量化率为65％。在径向重力工况下，拓扑优化结构也能满足面形要求。计算结果表明，拓扑优化的轻量化形式在面形和轻量化率上都优于传统形式。

为了满足大型光学镜面加工对在位检测的需求,探索了一种应用相位恢复技术的新型镜面测量方法.构建了基于离焦光场的相位恢复测量系统并实现了与此系统相适应的相位恢复算法,此测量系统结构简单且不易受环境振动影响.在此系统基础上,详细分析了各种误差因素以及系统测量准确度和测量范围,并针对在位检测的特点和要求,研究了此方法在应用中的可靠性.对一面口径430 mm的球面反射镜进行了分平台在位测量实验.实验中分析了不同测量参量对测量结果的影响.相位恢复测量与干涉测量结果对比较为吻合.理论分析和实验都表明该方法切实可行,检测准确度满足光学镜面研抛加工要求.