随着空间遥感技术的不断发展和应用领域的日益广泛,轻量化和小型化已经成为空间相机发展的一个重要趋势。本文研究的轻小型离轴三反空间相机既具有轻小型空间相机体积小、重量轻、生产周期短、研制和发射成本低等特点,同时又可以发挥离轴三反光学系统大视场、宽波段的优点,在低成本对地观测及商业利用开发等方面具有很大发展前景,成为空间相机发展的重要方向。本文研究的相机主体结构包括主镜组件、次镜组件、三镜组件和主支撑结构,是决定相机成像质量和实现相机轻量化、小型化的关键。因此,对相机主体结构进行系统的设计与分析具有重要意义。对结构设计的难点进行了分析。本文研究的轻小型离轴三反空间相机口径为120mm,焦距为600mm,相机要求体积小、重量轻,同时还要求具备对日辐射定标和在轨调焦功能,去除定标组件和调焦组件后,要求包络尺寸小于300×420×440mm,重量不大于12kg,留给主体结构的设计余量非常有限;同时离轴三反光学系统反射镜离轴分布,对反射镜面形精度和位置精度要求很高,需要相机主体结构具有很强的力学性能和热稳定性,提高了结构设计的难度。为了满足相机的结构稳定性及光学成像质量要求,本文对相机的主体结构包括主镜组件、次镜组件、三镜组件和主支撑结构等进行了系统的设计和分析,使整机能够适应相应的力学环境,内容主要从以下几个方面展开。1.对反射镜组件进行了设计和分析。结合轻小型离轴三反空间相机光学系统要求与项目实际,完成了反射镜和反射镜支撑结构材料和结构构型的选择;以主镜组件为例,完成了反射镜镜体的结构设计和轻量化,并根据柔性铰链理论设计了柔性反射镜支撑结构;最后,对反射镜组件进行动、静力学分析、模态分析和安装精度分析,使其满足设计要求。2.对主支撑结构进行了设计和分析。通过分析主支撑结构常用的材料和结构构型并结合相机实际情况,选取合适的材料和结构构型,完成对主支撑结构的设计与计算校核,使主支撑结构具有足够的力学稳定性和热适应性。3.对空间相机进行整机分析。主要对整机进行静态刚度分析、动态刚度分析、结构强度分析以及热弹性分析,验证主体结构设计的正确性。并针对相机初始设计结构动态刚度未满足指标要求的情况,通过建立相机振动等效模型分析探讨了相机中部支撑方案的可行性,提出了相机Z向质心平面处的支撑方案,为类似空间相机的安装设计提供参考。