航天事业的发展日新月异,各类空间光学器件及其检测设备也得到飞速发展。由于空间光学器件工作在低温真空环境中,所以在地面对其进行检测标定时也需要相同的环境条件。从常温常压到低温真空的环境变化会导致光学元件发生热变形,进而影响光学系统的性能。因此,对空间光学器件与相应检测设备进行光机热分析,是空间光学仪器设计与制造过程中必不可少的重要环节。选择1m口径的反射式真空低温平行光管系统为典型研究与分析对象。首先,为了降低重力对离轴抛物面反射镜、平面反射镜面形的影响,优化其支撑结构,优选了重力影响最小的支撑方式。其次,研究反射镜的低温热变形,采用Zernike多项式表征其变化面形,分析其对系统波像差的影响。光学透射窗口是真空低温平行光管中连接外部光源和内部反射元件的通道,其工作环境为一侧常温常压,另一侧低温真空,热光学特性变化复杂。通过在光学设计软件中编写自定义面形程序,表征透射窗口的热变形表面及热变形折射率。在自定义面形中将偶次非球面面型及梯度折射率面型相融合,解决了复杂面形及复杂折射率不能同时表征的问题。然后,将变化系数通过接口程序调入光学设计软件中,分析了窗口热变形对系统波像差的影响。根据系统波像差随温度的变化关系提出一种外置变焦补偿透镜组结构作为真空低温平行光管的热补偿器件,通过透镜倾斜与偏心校正平行光管系统的轴外像差,通过变焦方式补偿光学元件随温度变化的热变形。通过设计与优化,在真空罐内部10^-3Pa真空度及-173℃环境下,平行光管系统在±40mm物方视场时波像差均达到衍射极限,满足系统使用要求。