空间望远镜由于不受到地面观测的重力畸变、大气湍流等因素的影响,能够实现由自身口径限制的衍射极限的观测,这是相同口径地面望远镜很难达到的目标。随着人类对于分辨率的要求不断提高,空间望远镜的口径也不断增大。单一镜面形式的技术难度与加工制造成本已经成为制约大口径光学系统发展的瓶颈。相比传统的光学系统而言,在轨组装空间望远镜的特点是多块单元镜在轨装配成一定机械误差的完整镜面,然后通过主动光学和波前传感与控制技术校准误差满足光学指标。其作为未来空间望远镜的技术路线之一,具有突破运载器整流罩尺寸限制、高分辨率、轻质和模块化等优点,越来越受到各国研究团体的重视。在轨组装式空间望远镜光学镜面的校准过程包括初始装配、粗校准、精校准等过程,其中,在初始装配过程中,单元镜在对接完成后需要保证微米级的间隙位置误差,便于后续光学镜面促动器的精密调整。为满足所需的镜面间隙误差,本文在系统整理国内外相关文献和研究项目的基础上,研究分析了主反射镜在轨初始装配过程所涉及的关键技术,主要包括单元镜之间的捕获点预测、碰撞缓冲以及锁紧系统设计,具体研究工作如下:本课题提出了一种空间在轨组装主反射镜的对接技术解决方案,能够完成单元镜间的在轨捕获、碰撞缓冲以及锁紧等功能。建立了合理的光学系统误差分配模型,研究分析了单元镜2μm的装配间隙误差对于光学性能的影响,分析结果表明该方案的初始装配误差能够符合空间在轨组装主反射镜的机械精度要求。在单元镜捕获阶段,需要保证捕获系统的相对位置误差达到亚毫米量级,为此,对比分析了传统小型在轨捕获系统构型形式,得出适用于空间在轨组装模块化光学主反射镜的异体同构锥杆式捕获方案。应用笛卡尔坐标系的几何映射理论,建立了“双点接触”碰撞点预测模型。该模型充分考虑了两组接触点的存在,从理论上得到了不同位姿情况下碰撞点的预测位置分布。通过物理仿真对接动力学试验对捕获系统的典型工况进行了接触分析,最终通过位移曲线变化得到捕获后相对位置误差在±0.015 mm范围内,满足捕获后相对位置精度设计要求。微重力环境下的碰撞冲击影响不可忽视,本文建立了“双弹性”被动式缓冲理论模型。根据异体同构锥杆式碰撞特性,采用导向杆头和接纳锥壁柔性化设计。运用牛顿-欧拉动力学方程,分析了捕获阶段所需要的缓冲能量。根据半无限体表面受法向集中力的叠加解法,得出该模型在接触碰撞过程中的最大缓冲变形和最大接触压应力。通过与传统的刚性锥杆机构的分析对比,结果显示“双弹性”被动式缓冲模型能够通过增大壁面与锥杆头变形的方式吸收冲击能量,变形值随冲击力可增大3倍,冲击力最大可降低58%。单元镜组合体需要保持一定的锁紧强度,本文提出了一种被动式轴向锁紧系统,通过锁紧齿与导向杆的弹性啮合完成锁紧。选用笛卡尔张量表示的应力和应变,利用基于复杂边界条件下弹性势能的变分解法,将弹性势能基本方程的定解问题转换为了求势能泛函的极值问题,建立了柔性锁紧系统理论模型。根据不同阶段的接触情况,分析得出了用挠度表示的力边界条件和平衡微分方程。通过几何非线性分析,结合锁紧过程的动力学环境,得到柔性锁紧齿的运动学曲线,并通过可视化试验验证了锁紧模型的实际锁紧装配误差。