空间对地光学遥感是保障国家经济建设不可缺少的技术手段,是关乎国家安全的重要技术保障,也是现代化战争制胜的关键。随着卫星遥感技术的进一步发展,未来空间光学遥感相机主要朝着高分辨率、大视场的趋势不断发展,空间离轴三反(TMA)光学相机亦成为了最重要的发展方向之一。大型离轴三反光学系统的主反射镜设计与轻量化、反射镜的柔性支撑设计、主反射镜组件的安装与定位是当前主要的技术难点。因此,须对大尺寸反射镜轻量化方法及其柔性支撑系统展开研究。长条形主反射镜是某离轴光学系统的关键重要光学元件,其组件结构的稳定性与可靠性、反射镜的面形精度(RMS值)直接影响光学系统的像质;同时反射镜的轻量化程度决定了组件的总质量和相机主承力结构的刚度。空间光学遥感器主反射镜的质量、面形精度、组件的一阶固有频率要满足以下要求:优化设计后的反射镜质量应小于60kg,在装调方向自重作用下的镜面面形精度小于/50(=632.8nm),组件的一阶自然频率大于100Hz。本论文围绕离轴三反光学系统的大尺寸长条主反射镜轻量化及其支撑技术展开系统的探讨和研究。针对反射镜材料选择与设计构型的问题,详细阐释了反射镜材料的选用原则,在常用反射镜的材料中选择了比刚度大、热膨胀系数小、空间环境稳定性高的反应烧结碳化硅(RB-SiC)作为镜体材料。研究了反射镜的轻量化构型与轻量化加强筋。确定了该大尺寸长条形反射镜采用背部半封闭式、三角形加强筋网格、三点支撑的设计方案。基于各向正交惩罚材料密度(SIMP)拓扑优化方法,分别以镜体刚度最大化和一阶固有频率最大化对反射镜的初始结构进行了拓扑优化设计,得到了两种差异化的设计构型。为了弥补这两种反射镜设计构型的缺陷,采用一种集成优化设计的方法得到了合理的反射镜拓扑形式并对其进行了尺寸优化设计。最终得到了大尺寸长条反射镜的轻量化镜体。针对大尺寸长条反射镜的支撑问题,基于运动学等效原理提出了一种适用于该反射镜的双轴柔性支撑。将双轴柔性支撑的柔性环节等效为一端固支的柔性短直欧拉梁,推导了柔性短直梁的刚度公式并研究了其刚度特性,为柔性支撑的尺寸优化与结构参数计算提供了理论依据。此外,对反射镜组件的镶嵌锥套、基板进行了材料选择与优化设计。对柔性支撑的安装位置与柔性环节关键尺寸进行了优化设计。研究了反射镜的支撑机理并提出了反射镜的最优支撑条件。对反射镜的轴向支撑位置进行了优化设计,得到了大尺寸长条形反射镜中性面为过重心的曲面这一重要结论,根据这一结论对柔性支撑进行了非等高设计。对三个柔性支撑的精确安装角度进行了参数化研究并对柔性支撑的关键尺寸进行了优化设计。最终确定了反射镜组件的优化设计方案。对反射镜组件进行了静力学过载分析,得到了反射镜组件的应力特性,保证了组件具有足够的安全裕度。通过对力学样机的动力学环境试验,获得了反射镜组件的一阶固有频率和动力学响应特性。验证了双轴柔性支撑结构的刚度与在动力学载荷作用下的强度,并验证了有限元分析的准确性与合理性。本文系统深入地研究了大尺寸长条形反射镜组件的镜体轻量化设计、柔性支撑系统优化设计。最终优化设计后的大尺寸长条反射镜质量仅为54.3kg,轻量化率达86.5%。经有限元分析,反射镜组件在、两个径向方向1G重力作用下的面形精度RMS值分别为4.81nm、6.09nm,小于/50(=632.8nm)。组件的一阶固有频率为118.22Hz,大于100Hz,满足了设计要求。动力学试验表明,反射镜组件的动力学特性良好,柔性支撑系统稳定可靠。三个正交方向上的一阶自然频率与工程分析相对误差分别为7.36%、9.22%、3.16%,验证了主镜组件结构有限元仿真分析与柔性支撑建模理论的合理性与准确性。本论文解决了近2m长度的大尺寸长条反射镜轻量化设计及其柔性支撑系统的技术难题,为空间大型离轴反射式光学系统的主反射镜组件的研制工作提供了参考。