随着空间光学技术的不断发展,空间激光通信技术作为一种新兴的高速通信手段,在军事侦察以及空间探测等领域都发挥了至关重要的作用。反射镜作为激光通信光端机系统的核心部件,其面形精度对整个光端机的通信质量有着直接影响。反射镜组件是伺服跟踪系统的动负载,其轻量化对于提升伺服系统性能有很大作用,故需要在尽量减重的条件下设计出合理的反射镜组件结构,使其满足整个系统的光学性能要求。本文以单反射镜式激光通信光端机反射镜组件为研究对象,以保证反射镜面形质量的同时减轻组件结构重量为研究目标,对反射镜组件进行了详细优化设计和试验验证。在满足性能指标的前提下减轻组件重量,实现光端机的轻小型化设计,为小卫星空间激光通信提供前提和保障。通过对反射镜组件常用材料的各种属性进行调研,再根据系统的使用环境要求,本文选用微晶玻璃(Zerodur)作为反射镜的材料,铟钢(4J32)作为柔性支撑的材料,钛合金(TC4)作为背部支撑板的材料。反射镜截面形状设计为锥形后表面轻量化轮廓形式结构,根据反射镜结构特点及空间尺寸限制,设计反射镜的支撑方式为中心支撑,利用灵敏度分析和参数优化方法对反射镜关键尺寸进行了优化设计。结合反射镜组件工作时的热力学环境,设计了一种底面开槽的柔性支撑结构,并采用正交优化法对柔性支撑进行了参数设计。反射镜背部支撑板设计为U形结构,利用拓扑优化技术对背部支撑板进行了轻量化设计,并对背部支撑板不同位置厚度进行了尺寸优化,使背部支撑板质量由272g,减小为205g,轻量化率达到24.63%,最大位移下降了44.23%。最后为验证反射镜组件的动、静态刚度和热尺寸稳定性,对反射镜组件进行了模态分析、力热分析、过载分析、正弦振动以及随机振动分析,各项分析结果表明反射镜组件具有良好的特性,满足设计任务要求。使用ZYGO干涉仪在(20±10)°C温度范围内对反射镜进行面形检测试验,结果表明,反射镜面形PV值优于λ/6,RMS优于λ/43,满足RMS≤λ/40的指标要求。利用振动台对反射镜组件进行扫频试验,实验结果为反射镜组件一阶谐振频率362.53Hz,满足300Hz的指标要求,与仿真结果相对误差为2.7%,分析结果相对准确,验证了反射镜组件优化设计的合理性。