随着空间遥感技术的不断进步以及空间对地观测水平的不断提高,高分辨率、大幅宽成像已经成为空间相机的一个重要发展趋势。为了在保证分辨率的同时增大成像幅宽,空间相机由传统的推扫成像模式衍生出了一系列侧摆成像、摆扫成像等新型成像模式。本文针对某新型成像模式空间相机的支撑结构进行了设计和优化,根据空间相机对支撑结构的要求,为减轻重量,增强结构稳定性,需要对支撑结构进行合理、科学的选材和设计,使之具有较高刚度的同时具有较低的重量,确保结构具有良好的动力学特性,能够抑制动力学环境因素的干扰;此外,在复杂多变的力学及热学载荷作用下结构应具有良好的尺寸稳定性,使相机获得良好的成像质量。基于此,本文在充分考虑新型空间相机结构特点及设计需求的前提下,对相机支撑结构的设计、优化以及相机整机的力学、热学稳定性进行了深入的研究。第一,在充分研究国内外光学遥感器发展趋势的基础上,对空间相机主体结构的材料和结构形式进行分析与研究,确定了新型空间相机支撑结构的材料和结构形式。根据相机支撑结构的重量要求以及相机光机结构的特点,选择碳纤维复合材料作为支撑结构的材料,利用碳纤维复合材料高比刚度和比模量以及线胀系数可设计等特点来满足相机对力学稳定性和热稳定性要求。第二,根据相机的光学系统,通过支撑结构形式的对比,选择了适用于大型空间相机的分体式框架结构支撑方式。基于分体式框架设计方案,为了获得支撑结构中材料的最佳分布方案,依据变密度法建立SIMP拓扑优化模型,通过设定合理的目标函数及约束条件,完成了分体框架结构的拓扑结构设计。然后借助框架结构尺寸灵敏度分析,确定不同结构尺寸参数对于支撑结构整体刚度的灵敏度,并基于此对相机支撑结构具体尺寸参数进行了优化设计,最终确定了相机支撑结构的最佳构型和最优设计尺寸。第三,根据新型空间相机非对称支撑结构的热稳定性问题,提出了一种应用于离轴三反空间相机的热稳定性支撑结构设计方案。利用碳纤维复合材料可设计性强的特点,基于经典层合板理论推导了碳纤维复合材料中的热膨胀系数的影响公式,并完成了两种碳纤维复合材料近零热膨胀设计。最终结合离轴空间相机结构特点,通过纤维铺层角度调整完成了空间相机支撑结构的热稳定性设计。第四,对新型空间相机整体结构进行了详细的有限元分析,研究了相机在重力、温度、旋转工况下的结构尺寸稳定性以及在动力学载荷下的加速度响应,结果表明空间相机的力学特性及热稳定性良好,在多种复杂工况下仍然保证了良好的反射镜位置精度及面形精度,各个组件的动力学响应也均处于合理范围之内。研制了新型空间相机缩比样机并进行了动力学与热稳定性试验,结果表明缩比样机的力学性能和热稳定性良好,且与有限元分析结果相比误差较小,证明了通过有限元分析验证结构性能的合理性,并最终确定了新型空间相机支撑结构的高刚度、高稳定性、轻量化设计结果。