随着空间光学系统对分辨率要求的不断提高,空间望远镜的口径也随之增大。大口径反射镜作为空间望远镜的重要组成部分,其位置精度和面形精度直接关系着光学系统的成像质量。反射镜口径的增大会导致望远镜系统质量的增加,同时反射镜在重力载荷和温度载荷作用下的变形也会增大。为降低发射成本并减小反射镜在重力载荷作用下的刚体位移和面形误差,就必须对反射镜进行轻量化设计。而经过轻量化设计的反射镜绝对刚度相较于初始镜体有所下降,其对支撑力的敏感性增加,因此为保证大口径反射镜具有良好的面形精度还必须设计合理的支撑结构。对反射镜进行高程度的轻量化设计,并实现高精度、高稳定性和高可靠性支撑,是空间大口径反射镜研究的重点和难点,具有十分重要的科学意义。本文依托某在研空间载荷项目中的Φ1.42m口径主反射镜,开展大口径反射镜拓扑优化设计及运动学支撑技术研究,主要研究内容如下:（1）在概括了空间大口径反射镜组件发展现状及设计方法的基础上,阐述了空间大口径反射镜被动支撑的设计思想和设计原则。并根据运动学支撑原理确定了以周边支撑结合背部支撑的复合支撑方式为本课题主反射镜的支撑方案。（2）本文提出了一种基于神经网络模型的反射镜轴向支撑位置优化方法。传统的反射镜轴向支撑位置主要通过经验公式或者有限元分析进行求解,采用传统方法无法有效的评价反射镜面形误差,且求解结果还有较大的优化空间。本文利用Isight集成分析结合神经网络近似模型建立了（37）1.4m³⁷2m口径反射镜结构参数、轴向支撑位置和镜面面形RMS值的全面映射关系,通过已知样本点对神经网络进行训练使网络具有预测功能,最终结合优化算法以最小化面形RMS值为目标函数,实现反射镜轴向最佳支撑位置的快速求解。（3）针对传统大口径反射镜轻量化方法的缺陷,本文提出了一种基于加强筋结构反射镜的拓扑优化方法,通过施加均一密度约束保证反射镜在不改变初始轻量化构型的基础上进一步提升轻量化率,同时采用这种拓扑优化方法还可以为反射镜背部加强筋的尺寸优化提供一种新的分类方法。为提高三维实体反射镜拓扑优化结果的可制造性,本文还提出一种平背形开放式反射镜的拓扑优化方法,在拓扑优化中加入了加工制造约束来控制拓扑结果的特征,保证反射镜能在成型过程中顺利脱模。（4）完成了大口径反射镜的运动学支撑结构设计。按照功能分配及指标分配结果,采用灵敏度分析结合参数优化对周边A-frame支撑进行结构设计;采用拓扑优化方法对背部whiffletree支撑中的刚性环节进行轻量化设计;采用柔度分析法对背部whiffletree支撑中的柔性环节进行结构设计。具体分析了各柔性环节中存在的寄生运动,并分别通过增加补偿模块和对称布置方法设计了一种无寄生运动的三角板柔节和横杠柔节,从而提高了反射镜在背部支撑下的位置精度和面形精度。（5）采用仿真分析结合试验验证考察反射镜组件的设计结果。通过仿真分析考察周边支撑和背部支撑的解耦效果,并提出一种等效温度法,通过模拟whiffletree支撑组件中存在的加工误差来考察背部柔性环节的自由度释放效果。结合反射镜在检测支撑和周边工作支撑下的面形检测结果,验证了本文反射镜组件设计结果满足光学指标要求,同时说明本文采用的反射镜支撑方案和相关设计方法具有可行性和有效性。