为了提高遥感器的分辨率和成像质量,需要增大光学遥感器的主反射镜有效通光口径。主反射镜口径的增大对其支撑结构提出了更高的要求,也是对设计能力和加工制造能力的一种考验。本文针对某大型光学载荷项目的2m口径的主反射镜组件的结构优化进行研究。首先,在光学设计的基础上采用经验设计法对反射镜镜体的外形进行初步设计,镜体采用了背部三点支撑的形式,三角形轻量化孔和背部半闭合式的开口形式。在拓扑优化和参数优化过程中采用基因遗传算法,将优化时间缩短到原来的5%。轻量化后的反射镜镜体质量为273kg,轻量化率达到85.7%,满足设计要求。锥套与反射镜的粘接带长度为70mm。每个锥套的质量为4.7kg,满足质量要求。其次,提出两种柔性支撑结构的初始方案,并将其引起的面形误差和镜体的面形误差解耦后,优化迭代出两种方案各关键尺寸的最优值,优化时间由15min降低到了30s。综合考虑其静力学、动力学以及疲劳特性,筛选出的最优设计方案在光轴水平状态下,重力载荷、温度载荷及装配误差引起的镜面面形误差均小于误差分配指标;反射镜组件一阶频率为117Hz,满足了设计指标要求;柔性支撑结构的随机振动疲劳寿命为95300s,入轨前不会发生疲劳破坏。最后,对2m口径反射镜实物组件进行试验验证。在振动试验和温度试验前后,由组件内应力消除带来的刚体位移的变化远小于15μm的设计指标要求,倾斜角的变化满足小于3.5″的设计指标;支撑结构在正弦振动和随机振动工况下的最大动应力分别为122MPa和286MPa,低于材料微屈服极限670MPa;随机振动疲劳试验的结果87050s,与仿真分析结果相对误差在10%以内。经过仿真分析和试验验证可知,本文中设计优化的大口径反射镜组件的性能满足使用要求。文中采用的设计方法可以极大提高大口径反射镜组件的设计效率,加速推进项目进行。