地面研制的光学元件工作于空间环境后,由于重力的缺失,将导致光学元件面形发生变化。为了预测光学元件在零重力环境下的面形,计算法、支撑法、上下翻转法、水平旋转法等被先后提出。但上述方法面临着数值计算误差、操作风险等问题。针对上述问题,本论文以零重力面形提取法为基础,着重研究基于光学元件在任意三个旋转角度下的面形提取零重力面形,以及该方法的特点与误差等等。本文主要研究内容包含以下几方面:1、提出三姿态公转法和三姿态自转法。建立被测镜系统在三姿态公转及三姿态自转姿态下的旋转方式、坐标基准、力学模型;在此基础上推导以三个不同姿态面形提取零重力面形以及重力夹角为0°和90°时面形的数学表达式。将特殊条件——2、3、4、6等分旋转代入零重力面形表达式,推导零重力面形的特解;并与已有特解进行对比。2、研究三姿态公转法及自转法在存在重力夹角测角误差条件下的零重力面形误差。建立基于面形基准的误差分析方法,将测角误差直接代入提取公式,计算零重力面形误差。研究基于重力夹角基准的误差分析方法,以实测重力夹角为基准,推算对应面形;以实测角度和推算面形计算零重力面形;将其与“失真零重力面形”对比,求得零重力面形误差。在此基础上,提出重力残余度,以此来表征零重力面形误差。3、开展三姿态公转法及自转法的数值仿真研究。采用有限元法和公式赋值计算,验证三姿态公转法零重力面形以及重力夹角为0°和90°时面形提取公式、三姿态自转法零重力面形以及重力夹角为0°和90°时面形提取公式。并在此基础上开展基于面形基准的误差模型计算和基于重力夹角基准的误差模型计算,对比二者的结果。4、开展三姿态自转法的实验研究。搭建针对自转法旋转的干涉仪面形检测平台,开展2等分旋转测试、给定三个姿态面形的零重力面形提取测试,并分析实验结果。