空间太阳能电站是一个大尺度、高质量、多系统且涉及到光-机-热-电等多学科的大型空间能量系统。本文针对欧米伽空间太阳能电站（SSPS-OMEGA）的结构特点及其对热设计与热控提出的巨大挑战,从SSPS-OMEGA在轨热分析、陀螺光伏阵热控制策略与方法、地面演示验证系统的散热设计、空间太阳能电站方案设计等方面进行了深入研究,主要工作如下:1.进行了SSPS-OMEGA的在轨热分析。首先,基于OMEGA的结构特点与聚光特征,开展陀螺光伏阵的热载荷分析,为深入在轨热分析与设计奠定基础。其次,建立OMEGA的热分析模型,进行了空间环境下散热特性分析。再者,深入阐述了温度对陀螺光伏阵光电转换效率的影响。为下述工作的深入进行打下基础。2.提出了面向全光谱的被动式热控薄膜设计方法。首先,基于经典电磁理论导出了能量在多层膜系中的传输矩阵和波动方程,进而建立了以选择性利用太阳光为目标、以膜系参数为变量的优化设计模型。其次,导出了三结砷化镓太阳能电池的光-热-电数学关系式。再者,提出了热控薄膜的热控评估准则,并应用于“三明治”结构。数值试验说明了模型与方法的合理性与有效性。3.提出了仿生思想与布局拓扑优化相结合的散热设计理论与方法。首先,建立了表面平均温度和流道压力损失极小化的优化设计模型,可得到光伏背板最优的出入口位置与最佳的流道拓扑分布,使光电转换系统中的热量得以高效导出。其次,提出了基于仿生（蝴蝶翅膀形状与其中的脉络布局）思想的空间辐射散热的拓扑优化,可保证在满足性态约束前提下,实现空间高效散热意义下辐射器的最优外形与流道的最佳布局设计。数值算例验证了模型、方法与软件的正确性与有效性。4.进行了SSPS-OMEGA地面演示验证系统的散热设计与试验。首先,提出了并联式泵驱流体回路的热管理策略,以减小系统的压力损失与泵功需求。其次,研制了吹胀式热-结构一体化轻薄冷板,作为光伏背板单元的散热与支撑结构。再者,进行了基于上述模型的热试验及数值仿真。最后通过试验与仿真共同验证了模型、方法的正确性与有效性。5.提出了一种基于二次反射的SSPS设计。首先,在球形聚光镜的基础上引入二次反射镜,将复杂的陀螺状光伏阵简化为圆盘状平面。同时,将发射天线置于聚光镜外侧南北极,解决了其自身遮挡问题和聚光薄膜微波透明的特殊要求。其次,详细介绍了二次反射镜的优化设计方法,并通过数值结果表明了该方案的可行性。