近年来,精细天文观测、高分对地观测和空间态势感知等领域对大口径望远镜系统的需求迅猛增长,牵引出一批超大口径望远镜研制项目(地基4米口径以上/天基2米口径以上)。根据可见光衍射极限成像的精度要求,望远镜系统中超大镜面“尺寸/精度”比值已经突破千万量级,其制造精度、效率要求与当前加工检测能力形成强烈反差。由于技术封锁、基础薄弱,研制大型镜面所需的许多关键元件、仪器和装备都只能通过自主研发获得突破。具体在光学检测中,大型平面镜、干涉仪已成为决定超大型单镜和望远镜系统研制成败的卡脖子元器件;而在光学加工中,传统离线检测模式在面对重型、大型光学元件时,效率低、精度低、风险高,对其引入精密高效的原位加工-检测模式迫在眉睫。在光学加工、检测技术已日趋成熟的情况下,镜面支撑系统的服役精度、稳定性和工作效率已成为制约大型镜面最终加工质量的瓶颈。针对现有的镜面原位支撑系统存在的精度低、难度大和成本高等突出问题,面向其原位光学加工-检测迭代需求,本文在分析镜面面形误差来源的基础上,引出了原位加工、检测支撑结构系统创制任务;研究了镜面原位支撑系统的光机接口异质粘接工艺、极限强度评估准则和光机集成优化设计等共性关键技术;基于这些关键技术,完成了1.5米口径原位检测干涉仪的倒挂式离轴抛物镜(OAP)的多点复合型和悬空式透射平面镜(TF)的杠杆衡重型、超大口径待加工镜面的均力静压型等几种支撑系统的研制;最后,开展了各种支撑系统在镜面原位加工、检测中的应用研究。全文主要工作如下:(1)研究镜面支撑系统通用光机接口粘接工艺。提出基于激光跟踪仪监测和定位装置辅助的新型定位粘接方法,可用于任意形状、任意口径的镜面,实现了1.5米口径范围内±0.2 mm的粘接定位精度,达到了均值14 MPa的拉伸强度和12 MPa的剪切强度;提出粘接强度下限概率预测模型,基于99.9%以上置信度(准无限次使用)评估,拉伸强度下限9.4 MPa,剪切强度下限4.3 MPa,奠定了其批量应用基础。(2)创制构成1.5米口径干涉仪的两个关键大型镜面的原位复合支撑系统。采用Whiffletree结构与杠杠衡重结构协同工作的设计思想,确保OAP倾斜倒挂服役时的安全性和面形精度;采用杠杠衡重结构与柔性限位协同工作的设计思想,解决了TF悬空服役、无遮拦支撑难题;建立自动高效的多学科集成优化通用流程,基于该流程和自主粘接工艺完成了两大镜面支撑系统的结构优化设计、误差分配和制造装调,完成了OAP复合支撑系统的稳定服役性能验证。(3)研制新型静压支撑单元和支撑系统。提出一种单缸均力型滚动膜片式静压支撑单元设计方案,并对其输出力精度、支撑刚度进行了理论分析,针对其薄弱环节设计了联组循环回路;测试了单元联组支撑力精度、刚度一致性和稳定性;完成了整个静压支撑系统的集成控制和模拟测试。所研制的静压支撑单元输出力误差小于0.5%,刚度差异小于3%,镜面姿态稳定性优于1.5角秒。(4)开展了新型静压支撑系统的应用研究。在典型的超大型轻量化Si C反射镜和超大超薄等厚玻璃镜面的原位制造-检测过程中完成了该支撑系统的应用和性能验证,前者54点支撑系统实现了0.019λRMS(λ=633 nm,下同)的相对重复性和0.004λRMS的绝对重复性,后者支撑系统完成了两种方案设计并通过1/4缩比模型的54点复合支撑系统完成了性能验证,达到0.97μrad Slope RMS。应用结果表明,本文所研制的复合支撑系统具有较高的支撑精度、稳定性和工作效率,可用于超大口径镜面的原位光学加工和检测。