空间探测需求的不断提高对空间相机的主反射镜提出了口径更大的要求。但是反射镜口径的增加造成镜面变形增大和发射成本的升高。因此,如何在保证反射镜结构性能要求前提下,最大限度的减少反射镜质量是该领域重要的研究课题。针对反射镜对面形、固有频率和轻量化的多重要求,基于多层次优化和多目标优化理论对反射镜的基体结构进行布局优化,主要内容如下:首先,建立反射镜的实体模型,分析反射镜主要工况,确定其载荷和边界条件;对反射镜进行静力学分析、模态分析和冲击响应分析,确定进行轻量化的性能约束指标。其次,以镜面结构的柔顺度最小为目标,以一阶固有频率、镜面节点的最大位移为约束条件,建立镜面结构形貌优化的数学模型,并进行基体加强结构的形貌优化;然后,利用折衷规划法定义多刚度拓扑优化目标函数,利用平均频率法定义固有频率拓扑优化的目标函数,并基于容限法确定了各子目标的权重系数,得到基于变密度插值模型的反射镜多目标拓扑优化的目标函数;参考形貌优化和拓扑优化的结果得到反射镜加强结构的最优拓扑结构。最后,以反射镜的静态刚度最小和第一阶固有频率最大为目标,以反射镜节点的最大位移、加强筋厚度的变化范围为约束条件,基于折衷规划法和平均频率法构建多目标尺寸优化目标函数;依据约束及目标函数的特点,采用局部逼近法求解反射镜设计参数的最优解;将最优解进行圆整,更新模型,对其进行有限元分析,结果满足设计要求,质量相比原结构减少7.2%,实现反射镜的轻量化设计。