空间薄膜反射镜由于其具有极低的面密度, 极高的体积包装效率、低的制造成本等优点, 在未来大口径空间光学系统中具有广泛的应用前景。主动面形控制是薄膜反射镜的关键技术之一。按作动器作动的位置不同, 对主动面形控制进行了分类, 分析了各种作动器的特点, 从数学建模和试验验证两个方面对边界作动的主动面形控制和面内作动的主动面形控制的研究进展进行了综述, 重点评述了面形控制的理论模拟方法、已有的面形控制试验设备及所验证的内容, 最后对主动面形控制的研究方向进行了展望。

针对现有薄膜反射镜成形控制方法存在求解复杂，工程实用性差等问题，提出了基于反演求解的半解析成形控制方法。首先，基于Karman方程和静电场理论推导了所要拉伸的抛物面面形与施加压强分布的关系及实验所需的离散电极环电压值; 其次，利用有限元软件建模和分析，验证所推导的压强分布; 最后，在口径为300 mm的三环电极的静电拉伸反射镜实验平台上进行了验证实验。实验显示，拉伸面形最大变形量与理论值基本吻合，面形误差与传统均匀压强下的相比有所减少，最好的实验结果得到的PV值和RMS值较均匀压强下的值分别减少了9.76%和15.38%。仿真及实验结果表明：所描述的方法可以控制面形并提高面形精度，与传统的成形控制方法相比较具有简单实用等优点。

针对国内外现有薄膜反射镜面形检测方法存在动态测量不便，测量面形单一等问题，提出了基于正弦条纹投影的反射镜面形测量方法。基于此方法搭建了测量平台，分析推导显示，该方法的测量不确定度<0.385 μm，该平台的测量不确定度<4.25 μm。在此平台上对标准球面镜进行了测量，验证了此平台的适用性。最后，对优化控制下的Ф300 mm静电拉伸薄膜反射镜的面形进行了多次测量，结果表明，中心矢高测量值与理论值基本一致，优化后最佳镜面面形RMS值为5 μm，PV值为39 μm,相对于优化前RMS值减少了34.17%，PV值减少了26.4%，显示所搭建的基于正弦条纹投影方法的测量平台满足了现阶段薄膜反射镜面形测量的需要；而提出的面形控制算法可控制薄膜反射镜得到所需面形，并有效地提高面形精度。

利用研制的Φ300 mm口径多电极薄膜反射镜原理样机，开展了光学检测实验工作。利用高斯光学原理对薄膜反射镜的基本光学参数进行了检测，获得了随电压变化的薄膜反射镜曲率半径和最大变形值曲线，趋势与理论计算结果一致。对薄膜反射镜的面形特性和面形检测方法进行了分析，采用激光干涉仪测试了无电压时中心区域的平面面形，RMS值为1.03λ (λ=632.8nm)。为检验薄膜反射镜的曲面面形，搭建了Hartmann光栏法测试光路并结合Zernike多项式拟合处理方法，对使用非均布电压优化前后的曲面的低频面形进行了测试，面形误差RMS值从24.1μm减小为14.7μm，证明相对于单电极方案，多电极非均压对静电拉伸薄膜反射镜的面形有明显的优化作用。本文使用的检测方法和结论可为相关领域的研究提供参考。

研制膜基反射镜需要解决的关键技术之一是膜基反射镜的面形控制。对自行开发的基于模糊逻辑控制理论的膜基反射镜面形控制系统的结构和功能作了详细介绍。在前期对均匀载荷作用下膜基反射镜面形控制进行理论研究的基础上，进一步对非均匀载荷作用下口径300 mm、不同F数的膜基反射镜面形控制进行分析和仿真，并与均匀载荷作用下的仿真结果作了分析和比较。结果表明，非均匀载荷作用下膜基反射镜波前误差的均方根（RMS）值比均匀载荷作用下膜基反射镜波前误差的RMS值降低两个数量级。

考虑薄膜反射镜具有质量轻、柔韧性好、可折叠等优点,研究了由静电拉伸法制备薄膜反射镜的新技术。介绍了薄膜反射镜的静电成形机理,计算了单电极模式下薄膜所受力场,设计了单电极式薄膜反射镜的控制实验。给出了控制成型所需的主要参数,设计了薄膜反射镜的夹持结构和控制电路,并利用刀口仪测量了形成的反射面的焦距。实验结果显示,未通电时薄膜反射镜面形的PV值达到11.14λ,RMS值为1.86λ,在10 000 V的高压下可以形成焦距约为2.1 m的反射镜面。通过Zernike拟合验证了数据的可靠性,结果表明,通过改善夹持结构精度和选取性能优良的薄膜材料,反射镜面形精度可进一步提高。

为了控制薄膜反射镜面形,建立了静电拉伸薄膜反射镜物理模型。根据静电力与薄膜变形载荷作用力之间的平衡关系和静电拉伸薄膜反射镜成形的复杂过程,介绍了薄膜反射镜静电成形的控制原理;以三等分环状电极为例,分析了静电场中空间电势分布特性,即从拉普拉斯方程推导出静态场势函数的表达式;然后,利用差分与电势方程结合的方法,对单电极电场力和三等分环状电极电场力进行了数值求解;最后,将计算面形与理想抛物面进行了比较,结果显示,单电极情况下得到的薄膜反射镜面形不是理想抛物面,若采用多电极控制可获得更高的控制精度。模拟结果和实验结果表明:多电极控制情况比单电极情况下受力更接近均布力分布,口径180 mm的薄膜反射镜在相同口径单电极控制下,施加10 000 V电压可得到反射镜最大变形为0.001 094 8 mm。系统长时间工作安全稳定,薄膜变形的对称性较好。