随着空间望远镜分辨率、集光能力要求的不断提高,光学系统主反射镜的口径越来越大,反射镜组件对重力变化、温度变化、运输发射等环境干扰也变得更加敏感。传统刚性单体镜系统随着口径要求的增大,主镜的制造、加工、检测、运输成本急剧增加,安全风险也不断增大。詹姆斯·韦伯空间望远镜（James Webb Space Telescope,JWST）的成功发射,证明了分块可展开式空间成像系统的可行性,是未来超大口径空间光学系统的重要方案。嵌入式平行促动超轻镜采用背部嵌入平行促动的促动器,利用背部弯矩主动调节镜面面形校正像差,满足拼接主镜对曲率调节能力的要求,且无需高刚度的镜体结构和背部支撑,可有效降低系统重量,同时还可以提高空间光学系统的可靠性和稳定性,是一种面向未来的空间大口径光学系统镜体。因此,面向未来空间应用的嵌入式平行促动超轻镜的相关研究逐渐提上日程。本论文针对嵌入式平行促动超轻镜的设计与制造,开展以下研究工作:1.概述国内外超大口径空间光学系统的实现方案,分析未来分块可展开系统子镜的特点与面临的问题,总结嵌入式平行促动超轻镜的发展方向。2.根据反射镜加工和应用的实际问题,分析嵌入式平行促动超轻镜的性能评价指标,并通过主动光学校正过程实现超轻镜评价指标的提取;对嵌入式平行促动超轻镜在设计及加工仿真中需采用的有限元分析方法进行原理性研究,保证对超轻镜的准确仿真;提出嵌入式平行促动超轻镜结构设计的优化思路。3.提出嵌入式平行促动超轻镜支撑和结构优化的思路。嵌入式平行促动超轻镜作为新式镜体,自身刚度很低,难以实现被动支撑。因此,提出新式镜体的支撑理念,并结合重力自卸载能力降低对反射镜被动支撑的要求;基于大口径刚性单体镜的支撑原理和设计经验,完成600mm口径超轻镜的支撑设计。根据嵌入式平行促动超轻镜的结构特点设计初始结构,在结构优化时,采用设计实验与全局搜索优化相结合的方法,提高优化的收敛速度,实现超轻镜轻量化结构的高效优化。对嵌入式平行促动超轻镜进行失稳载荷分析及模态分析,避免安全性风险。4.开展超轻镜加工中复印效应问题的系统性研究。针对小磨头加工中的复印效应问题,利用有限元分析方法实现了对小磨头加工过程的仿真,实现了从无到有的突破,可对轻量化、凹面反射镜上的复印效应进行仿真;对复印效应开展定量化研究,总结复印效应的经验公式;证明在结构设计时对复印效应进行抑制的可行性和必要性;提出利用仿真结果估修正去除函数、大小磨头组合加工两大步骤抑制复印效应的方法,提高小磨头加工的效率和精度。5.开展膜层应力变形仿真技术的研究。针对非对称、轻量化反射镜膜层应力变形破坏初始面形的问题,开展利用有限元方法进行膜层应力变形仿真的研究,提出准自由支撑的概念,并利用壳单元进行三维建模,提高了仿真的精度和效率;根据仿真结果与实测结果,提出了“纹理像差”的概念;实验证明膜层应力变形的仿真误差小于10%,纹理像差的仿真误差在30%以上;提出在结构设计上抑制纹理像差的方法,通过重新设计结构,成功将纹理像差中的隆起和塌边抑制;提出在镀膜前利用仿真结果预加工变形的方法,减小膜层应力变形对面形的破坏。6.针对嵌入式平行促动超轻镜在改性镀膜后易发生曲率半径超出公差要求的安全性问题,利用膜层应力变形仿真技术对曲率半径的变化情况进行预估,获得嵌入式平行促动超轻镜在130MPa改性膜层下曲率变化的常数:ΔR/R~2=8.4×10-8,帮助超轻镜制造时预留曲率变化容差。7.利用拓扑优化和尺寸优化,设计了具有6个促动器的（?）150验证镜。开展（?）150嵌入式平行促动超轻镜的制造、支撑/促动器的工装设计及粘接实验,实现（?）150超轻镜的面形控制,满足设计要求,证明了嵌入式平行促动超轻镜的设计、制造等各项工艺的可靠性,仿真的正确性。