根据传统同轴反射式次镜支撑结构特点, 建立了以传统次镜支撑结构外包络为基础的次镜支撑待优化模型, 并采用变密度拓扑优化方法对该模型进行优化设计.根据拓扑优化结果设计了遮拦比为0.085的同轴反射式次镜支撑结构.有限元仿真结果表明: 在结构遮拦比、质量相同的情况下, 优化后同轴反射式次镜支撑结构的结构基频和结构刚度相较于传统三翼和四翼结构均有显著提高.加工了优化后的次镜支撑结构, 并进行了随机振动试验.试验结果表明: 优化后的次镜支撑结构基频为470 Hz, 与有限元仿真结果477 Hz的相对误差在2%以内, 验证了有限元计算模型的可靠性和真实性.该次镜支撑结构适用于需要较低遮拦比和较高刚度的同轴反射式光学系统中.

自适应光学系统在高分辨力成像望远镜中发挥了重要作用。自适应光学系统对于望远镜系统中的低阶像差几乎可以完全校正，但是会牺牲变形镜的校正行程量；对于中高阶像差，自适应光学系统不能完全校正，如何减小高阶残余误差是望远镜系统设计需要考虑的问题之一。本文首先分析了望远镜光学结构中的主镜结构、次镜遮拦、次镜支撑筋、主次镜装调和光学加工等静态和准静态像差情况，然后分析了这些因素如何影响自适应光学校正能力，最后给出了对望远镜光学结构的要求。

为了提高空间望远镜次镜支撑结构的动力学性能, 利用主动约束阻尼层对次镜支撑结构进行了设计, 主动约束阻尼层在柔性结构表面覆盖阻尼材料和压电陶瓷材料, 是对柔性结构进行振动抑制的有效手段。首先建立了主动约束阻尼层的有限元模型, 采用比例微分控制算法对压电陶瓷进行闭环控制, 分析了阻尼材料厚度和控制增益对支撑结构阻尼特性的影响, 结果表明增大阻尼层厚度或增大控制增益能够提高结构阻尼特性, 但增大阻尼层厚度同时也会降低压电陶瓷的驱动性能。对空间望远镜整体结构的分析结果显示, 覆盖主动约束阻尼层后支撑结构的固有频率会略微降低, 但是次镜位置的频率响应明显下降, 次镜的面型精度也有提高。

提出了利用一种可实现一个移动和两个转动的小型3自由度(3-DOF)并联机构来控制支撑激光聚焦次镜的方案。采用传统的欧拉角描述动平台运动方式，建立了小型3-PRS机构的运动学模型，分析了机构的正、逆运动学性能，进行了包括约束雅克比矩阵的建立和伴生运动的求解。基于运动学分析，定性分析了机构的奇异位形。联合ADAMS与MATLAB，计算了机构的可达工作空间，动平台绕x轴最大运动角度为±15.167 1°；绕y轴最大运动角度为±13.319 4°；沿z轴方向的移动大约为9.954 1 mm，分析证明该小型3-PRS机构完全满足支撑激光聚焦次镜结构的设计要求。

为了对望远镜次镜支撑系统动力学性能与风载响应进行理论分析，建立了正交弹簧模型，计算了风载功率谱的解析解。首先利用正交弹簧模型对次镜的支撑结构进行动力学理论建模，求得 2个相等的频率为 61.9578 Hz并使用有限元软件 MSC.Patran/Nastran进行了仿真，得到 2个相等的频率为 66.305 Hz，验证了简化的正确性；进而将其应用于风载功率谱分析，得出望远镜对风载的响应与频率的关系，以及风载作用的解析解和有效风载能量分布主要在 0.15 Hz以下的结论。

为了优化大型望远镜次镜支撑结构的静力学和动力学性能,采用有限元分析的方法,计算了次镜支座最大变形与次镜支座的偏置角、四翼梁叶片厚度的关系；分析了四翼梁结构的频率与叶片偏置角的关系.分析证明当次镜支座偏置一定角度时能改善结构的静力学性能；当相对的两片叶片从直径线上错开一定的距离,对提高望远镜的谐振频率是十分有利的,在两者之间综合取舍确定了四翼梁的优化形式.分析结果表明,优化后的四翼梁结构的静力学和动力学性能均有提高.