当今，空间望远镜观测技术作为天文观测、军事国防和民用信息的重要来源之一，是确保国家的经济建设和军事国防处于世界领导地位的关键。随着空间望远镜对分辨率和探测距离需求的不断提高，空间望远镜的口径也随之增大，主反射镜作为空间望远镜中最重要的光学元件，其性能直接决定了空间望远镜的成像质量。反射镜口径的增大会导致空间望远镜系统重量的增加，为了降低发射成本，就必须针对大口径反射镜进行轻量化设计。但轻量化后的反射镜因其结构刚度降低，对支撑结构的敏感性增加，为保证反射镜良好的面形精度和位置精度，必须合理设计高性能的支撑结构。因此，大口径反射镜的轻量化设计和高性能支撑技术是空间反射镜研究的难点，这也对空间望远镜的技术发展具有非常重要的意义。

  空间反射镜是离轴三反式望远镜的重要光学元件，如何保证高面形精度同时提高轻量化率是反射镜轻量化设计的关键难点。传统经验设计法根据反射镜口径、设计指标和支撑方式等获得反射镜轻量化形式，并利用经验公式获得反射镜结构尺寸。针对经验设计法无法获得高性能反射镜轻量化结构的缺陷，本文提出一种结合拓扑优化设计与集成优化设计的反射镜轻量化方法。根据传统经验设计法获得反射镜的初始结构，并利用折衷优化法构建了基于静态柔度和动态刚度的综合拓扑优化目标函数，根据变密度拓扑优化法得到的材料分布云图对镜体加强筋进行合理厚度分组，得到一种封闭式六边形孔的反射镜轻量化结构。结合Isight集成优化方法，以径向重力产生的面形误差RMS_L和质量Mass为优化目标，以一阶固有频率为约束，利用NSGA-II算法对800mm反射镜结构进行多目标参数优化，轻量化率达到72.1%，面形精度RMS_L为3.42nm，优于λ/70（λ=632.8nm）。

  离轴三反式望远镜系统的设计相当复杂，在其方案评估阶段，通过评估不同口径反射镜优化后的性能来验证方案的可行性。因此研究空间反射镜快速优化方法，可以实现相同构型的轻量化反射镜的快速优化设计，保证反射镜获得最优的结构性能同时，有效缩短了设计周期。针对基于集成优化方法应用于多口径反射镜优化的局限性和低效率，本文基于IPSO-IAGA-BPNN神经网络代理模型构建了Ф700mm~Ф1000mm口径的反射镜结构快速优化方法。为了克服传统反馈式神经网络（BPNN）的缺点，采用改进的粒子群算法（IPSO）和自适应遗传算法（IAGA）混合优化BPNN连接参数，构建了高精度代理模型。通过与其他六种不同的代理模型预测精度相对比，IPSO-IAGA-BPNN代理模型对测试集的预测值的平均绝对误差MAPE小于3%，决定系数R²大于0.99。通过利用本文提出的反射镜快速优化方法对四种不同口径反射镜进行以RMS_L和Mass目标的多目标优化，其优化运行总时间仅为基于集成优化方法时间的0.18%，而且其中800mm口径反射镜优化结果与集成优化结果相近，从而分别验证了基于代理模型反射镜结构优化方法的高效性和可行性。

  在地面试验和在轨成像阶段，空间反射镜支撑技术是保证反射镜具有良好面形精度和位置精度的关键技术。研究高刚度、高稳定性、大转角的柔性支撑结构，有利于提升空间反射镜的面形精度和结构稳定性，满足高分辨率成像的要求。本文提出一种两轴Bipod柔性支撑机构，该结构具有转动能力大，结构紧凑，轴向刚度高等特点。基于旋量理论和卡氏第二定理推导了两轴Bipod支撑的闭式柔度矩阵，并通过有限元分析与理论计算对比验证闭式柔度方程的正确性。基于柔度方程研究了重力、温度变化和轴向支撑位置下的寄生运动，并分析了两轴Bipod支撑的尺寸参数对各项性能指标的灵敏度，确定了支撑结构优化设计区间及优化目标。利用Isight集成优化链路结合NSGA-II算法对反射镜组件进行参数优化，得到了最优两轴Bipod尺寸参数。经静力学分析后，4℃温度作用下面形精度RMS_T为4.44nm，径向重力工况下的面形精度RMS_L和刚体位移误差分别为2.26nm和4.22μm，反射镜组件一阶固有频率为250Hz，设计结构均满足光学设计要求，验证了设计方法和优化模型的有效性和可行性。

  空间反射镜组件的加工装调过程中涉及众多试验检测环节，正确验证每个环节是实现空间反射镜组件研制成功的基本要求，本文对Ф800mm口径反射镜样机及关键技术开展了试验验证。通过试验设计方法探究了反射镜胶接工艺对于胶接强度的影响关系。完成了两轴柔性支撑结构的三个方向平动柔度和转动柔度的测量，验证了两轴Bipod支撑柔度矩阵理论推导和仿真分析的正确性。结合反射镜胶接前后面形一致性检测结果和反射镜支撑下的面形检测结果，分别验证了胶接工艺的合理性和反射镜组件结构设计的可靠性。通过对反射镜模拟组件的动力学试验，有效验证了反射镜支撑结构设计方法的可行性和稳定性。