随着空间技术发展,星间通信链路对高速率、远距离的通信方式需求越来越大。空间激光通信是实现星间高速、远距离通信的重要手段之一,而跟瞄系统是星间激光通信链路建链的基础,本论文主要针对星间激光通信对轻小型化星载跟瞄系统的需求,开展单反镜式激光通信跟瞄系统的整体设计与关键技术研究。通过开展空间环境和星间激光通信链路分析,确定单反镜式激光通信跟瞄系统的技术指标,重点研究跟瞄系统结构与驱动方案;针对空间环境适应性和轻小型化的需求,对单反镜式跟瞄系统进行详细设计及关键零部件优化分析;针对空间热力环境影响,对反射镜组件进行面型优化设计,设计了反射镜柔性支撑机构,完成了有限元分析;针对运载力学环境对高刚度轴系需求,分析了轴系刚度影响因素,建立了轴承预紧力与轴系刚度响应特性的关系。针对跟瞄系统轴系精度分析与检测问题,通过建立单反镜式跟瞄系统基准坐标系,分析了轴系精度对指向精度的影响;根据零部件检测结果,重点分析零部件加工误差对单反镜式跟瞄系统轴系精度的影响;针对跟瞄系统方位轴大中心孔需求与轻小型化问题,提出一种粘接式钢带光栅编码器的测角方法,分析了粘接式钢带光栅编码器的测角误差的影响规律,开展了测角误差补偿方法研究;针对跟瞄系统发射时对轻小型化、可靠锁紧/解锁的需求,提出了一种基于记忆合金丝的锁紧机构方案,完成了解锁力、解锁时间等指标测试。