伴随人类工业文明的发展， CO₂等温室气体对自然界和人类社会的影响越来越大，引发人们的广泛关注和担忧。开发空间高分辨率CO₂监测卫星以研究大气中CO₂的来源、分布以及迁移转化机理，从而采取相应的措施加以控制，对于人类及生态环境的意义深远。作为CO₂监测卫星的重要载荷，CO₂探测仪对预设重要技术指标的实现具有重大影响。论文对CO₂探测仪前置系统光机设计进行了研究，通过CAE平台建立结构的三维模型，利用有限元方法分析结构设计的正确性，主要完成的内容如下：1)利用拓扑优化方法对各反射镜进行轻量化设计，针对高面形精度要求，设计了一种新的背部中心单点挠性支撑结构形式，应用于主镜和次镜组件的结构设计上。这种结构能够保证镜面具有很高共轴精度，组件具有良好动态特性以及温度载荷下的高面形精度。2)用变密度法对镜筒进行拓扑优化，研究镜筒加强筋的合理布局。3)针对折转镜支撑点受镜筒影响产生不均匀热变形，设计了一种三层挠性的三点周边支撑结构，这种结构能有效抵抗热载荷作用，同时具备良好的动态特性。4)完成了一种多个透镜组合安装的轴向挠性结构的设计，结构具备良好的热尺寸稳定性。5)用有限元方法对前置系统整机进行动力学分析，考察系统的动态特性，分析内容包括模态分析、谐响应分析和随机振动分析，结合设计指标，检验了结构设计的合理性。6)对前置系统整机进行了光机热一体化分析。首先通过有限元软件求解整机结构在多个温度载荷下的热响应，利用光机接口软件处理热弹性变形结果，将各镜面的刚体位移、转角和拟合镜面多项式作为已知条件输入到光学分析软件，求解对应温度载荷作用下前置系统的离焦量，绘制系统的温度调焦曲线，为光学系统补偿焦距提供参考。