近年来,反射式望远镜凭借其无色差、易于加工等优点被广泛运用在现代大型望远镜中。地基望远镜受到大气层的一些基本限制,无法访问某些光谱区域,同时因为飞机的能力受到限制,太空观测站本质上也是昂贵的,并且存在操作局限性,发射后通常无法进行仪器的更新或校正。所以在临近空间使用气球搭载望远镜克服地球大气障碍进行天文观测的优势越发明显。随着天文观测需要对空间探测分辨率的不断提高,空间相机主反射镜的口径越来越大,大口径望远镜光机结构设计的难度也越来越大。本文依托某适用于临近空间的载荷项目,以φ816mm口径望远镜光机结构设计为研究对象,针对反射镜镜体设计、复合支撑结构设计、精密装配等科学问题,从理论研究、结构设计、仿真优化、实验验证等方面展开研究。(1)提出了一种背部6点兼周边6点的复合支撑方案。φ816mm口径临近空间望远镜在观测过程中存在0°～65°的俯仰角度变化,传统支撑方案无法满足观测要求。本文在概括了空间大口径望远镜发展现状的基础上,阐述了空间大口径反射镜支撑的原理及支撑形式。并根据运动学支撑原理确定了以周边支撑结合背部支撑的复合支撑方式为本课题主反射镜的支撑方案。(2)针对816mm口径反射镜的光学性能、重量及工作环境等要求,依据传统经验公式和拓扑优化方法,完成了主镜镜体的设计。根据实体主镜拓扑优化结果,寻找背部支撑的传力路径,确定主镜的轻量化孔形式及背部加强筋的分布。采用三角形+局部扇形轻量化孔的轻量化形式的主镜重量仅为32.6 kg,光轴水平面形RMS为1.21nm,光轴竖直面形RMS为2.82nm,均优于λ/50(λ=632.8 nm)。(3)基于坐标变换法提出了一种直梁铰链的柔度矩阵计算方法。首先对柔性结构在空间六个自由度的运动特性进行分析,得到了普通柔性单元的柔度矩阵,再通过坐标变换法将Von Mise的梁变形理论进行推导,得到了参考坐标系在梁末端时直梁圆角形柔性铰链的柔度矩阵。并按照功能分配及指标分配结果,采用灵敏度分析结合参数优化对背部支撑中的柔性细杆进行结构设计;采用柔度分析法结合综合评价因子对周边支撑中的A型框进行结构设计。最后通过解耦分析,得到了光轴竖直和水平状态下的各支撑状态下主镜面型,分析结果表明,采用柔度分析法设计的柔性支撑不仅满足面型要求还满足解耦要求。(4)基于Serrurier桁架的等效平面模型和三角形桁架基本单元刚度推导了八杆Serrurier桁架在不同重力方向下的位移公式,重力偏心引起的转角公式和自振频率公式,为桁架设计提供了理论依据。(5)采用仿真分析加试验验证的方法来考察临近空间望远镜光机结构设计结果,有限元分析通过对望远镜整机动力学特性、动力学响应、静力学性能的分析,验证望远镜整机系统在各工况下的稳定性。结合主镜组件的面型检测和望远镜系统的装调试验结果,表明本文所采用的望远镜支撑方案和相关设计方法具有可行性和有效性。