在超大口径原位加工与检测中,目前多采用被动式Whiffletree液压支撑系统,而该类支撑单元的轴向刚度存在较大差异性,将显著影响支撑系统的高度稳定性,降低反射镜的加工精度。本文运用理论分析、经验设计、有限元分析和结构优化相结合的方法,设计了4 m口径轻量化反射镜。以它为模型,针对静压支撑系统的刚度差异问题,研究了静压支撑单元的支点位置、单元刚度分级布局优化方法。具体研究内容如下:第一部分是反射镜设计。以不同口径的“实心圆板”为模型,根据其支撑位置优化结果,确定了4个支撑圈的支撑半径与圆板口径的定量关系,并结合传统经验公式初步设计了4 m轻量化反射镜。通过集成优化方法,对轻量化反射镜进行了结构优化。优化后,镜体质量从3.15 t减少到1.44 t,减轻了54.13%;光轴竖直方向,1g重力下,面形精度RMS值为11.58 nm,均满足设计指标。第二部分是支撑刚度和支撑位置分级布局优化。分析了静压支撑单元的刚度差异对反射镜面形精度的影响。提出了自适应几何更新的支撑单元刚度和支撑位置分级布局优化方法。针对等力静压支撑系统搭建支撑刚度和支撑位置分级布局优化流程,针对不等力静压支撑系统搭建了支撑力、支撑刚度和支撑位置分级布局优化流程。两种支撑方案经布局优化后均能满足要求。还研究了不同刚度方案对支撑面形的影响规律,优化了刚度方案寻优算法,提高了分级布局优化方法的计算效率。第三部分介绍了主动光学技术原理,给出了自由谐振拟合波面方法和自由谐振模式定标流程,并将主动校正技术应用在了光学加工支撑当中。针对布局优化后的等力静压支撑系统进行了主动校正,使面形精度RMS值从8.3 nm降为6.3 nm,得到了更优的加工支撑面形精度。