400多年前,被誉为“现代物理学之父”的伽利略发明天文光学望远镜,并基于天文观测证明了不朽的“日心说”,自此之后,人类利用光学望远镜探索茫茫宇宙空间的脚步从未停止。但是,宇宙空间电磁辐射种类繁多,仅仅依靠光学和微波波段的探测是远远不够的。作为全波段天文观测的重要组成部分,X射线空间观测有助于从宽光谱、多粒子等全物理角度拓展人类对宇宙极端物理现象的认识,将人类对宇宙研究的速度和广度都提高到新的量级,进而对生命起源和宇宙起源做出合理解释。作为X射线天文观测的重要工具,多层嵌套X射线望远镜关键技术研究的重要性不言而喻。但是由于起步时间晚、加工制造能力欠缺,目前我国多层嵌套X射线望远镜面临时间紧、任务重及关键技术匮乏等局面。为提升国内X射线望远镜研制水平,实现关键技术自主化、可控化,减少对欧美国家依赖,针对X射线望远镜难设计、难制造、难检测、难装调等问题,本博士论文对X射线望远镜关键技术进行了深入研究,重点研究了X射线望远镜光学设计和装调技术,为X射线望远镜国产化奠定技术基础。本论文主要内容及创新点如下:(1)深入研究X射线与物质的相互作用,建立基于全过程的X射线望远镜光学设计算法及软件,大幅度提高国产X射线望远镜的设计精度及参数完整性。基于Wolter-I型X射线望远镜原理,采用蒙特卡洛方法设计研究具有自主知识产权的X射线光学设计软件,深入研究X射线与物质的相互作用,全面、精细的考虑X射线光学设计因素,提高了X射线望远镜的设计精度。对X射线望远镜角分辨率和有效面积影响因素进行研究。最终得到镀膜材料为Au膜时,有效面积为842cm2@2ke V,563cm2@6ke V,角分辨率为15",视场为12’的多层嵌套X射线望远镜设计结果,为X射线望远镜研制提供了可靠的输入条件。(2)设计较为健全的热光分析算法,为X射线望远镜研制提供准确的热设计输入。基于有限元分析研究方法,对不同口径望远镜镜片在不同轴向和纵向温差范围下的热形变进行分析,并通过将轴向温差引起的热形变转化为镜片倾斜角,将纵向温差引起的热形变转化为镜片中心轴改变量,并带至X射线望远镜光学设计软件中分析了X射线望远镜的热光性能。热光分析结果能指导X射线望远镜在工程设计上的热设计输入,并提高X射线望远镜的环境适应性。(3)构建国内首套X射线望远镜垂直装调系统,并基于此平台优化X射线望远镜角分辨率分析算法,提高望远镜指标测试精度。研究多层嵌套X射线望远镜可见光条件下的衍射特性,并论证X射线望远镜可见光条件下装调技术的可能性和合理性。设计并建造了国内首台套基于镜片垂直吊装、离焦光斑监测技术的装调系统以减小望远镜镜片在装调过程中的重力变形对装调精度的影响,为望远镜装调、测试技术提供验证平台,研究了望远镜装调过程中吊装点位置和数量对镜片面型的影响,并对X射线望远镜装调的粘接胶进行了国产化选型。引入SEEF(Single annulus Energy Encircle Function)补偿EEF(Energy Encircle Function)算法作为X射线望远镜可见光条件下的角分辨率分析标准,有效提高X射线望远镜在可见光条件下的装调、测试精度和稳定度。本文通过研究X射线望远镜光学设计技术和精密装调技术,设计得到了通光口径φ476mm、嵌套层数45层,焦距5250mm、有效面积为842cm2@2ke V,563cm2@6ke V的X射线望远镜。通过对X射线望远镜装调关键技术和焦斑监测技术研究提出了精度和稳定度更高的判断标准,为实现X射线望远镜研制技术的国产化、可控化奠定基础。