大口径空间灵巧望远镜系统是未来太空观测最有发展潜力的航天器。本论文所研究的大口径空间灵巧望远镜系统具有可折叠、可展开的涵义，就其光学系统而言，是大视场、长焦距和超轻型的光学系统，其用途是利用成像和光谱分析方法对宇宙星体和星系进行各种研究。根据可展开式主反射镜光学系统的需要实现的功能，本文主要在主反射镜的材料设计、结构设计及制造技术方面进行了深入地研究。本文的主要研究内容及其成果主要有在以下几个方面：(1)大口径空间灵巧望远镜系统主反射镜的材料选择由于大口径空间灵巧望远镜的光学系统采用的是反射式光学系统，因而主反射镜除了必须保证其能完成光学成像任务外，还要对主反射镜镜体进行轻量化，使其具有灵巧的特点。而主反射镜的轻量化设计的首要任务就是镜体材料的选择。本文系统地分析了各种传统型反射镜镜体材料及新型反射镜镜体材料特性，同时对各种材料特性进行了综合分析比较，在材料设计这一新思想的指导下，得出具有强可设计性特点的复合材料在制作灵巧望远镜系统镜体上有得天独厚的优势的结论。因此选择复合材料作为大口径空间灵巧望远镜的光学系统主反射镜的镜体材料。本文的任务是完成了碳纤维复合材料反射镜和碳化硅陶瓷反射镜的结构设计研究，镜体的制备及光学加工。(2)大口径空间灵巧望远镜系统中主反射镜结构形式选择主反射镜的结构设计思想来源于现有的大口径光学系统中主反射镜的轻量化设计，选择蜂窝夹层式结构及背部开口式结构作为主反射镜的结构形式。(3)大口径空间灵巧望远镜系统中主反射镜的结构设计研究本文研究了复合材料反射镜结构设计的一般方法。完成了直径为1m的蜂窝夹层结构形式的碳纤维复合材料反射镜面板的铺层设计及蜂窝芯的设计。首先利用有限元法对各种铺层形式的面板作静力学分析、模态分析及热力学分析，然后通过面板的面形最小、基频最高及温度梯度最小的原则最后确定其铺层方式。对蜂窝夹层结构形式的碳纤维复合材料的反射镜的镜体进行有限元分析，得出在镜体直径和厚度一定且工况相同，但蜂窝芯格的规格不同时镜体的自重变形规律，基频变化规律及热变形规律，在满足光学系统指标的前提下，以面密度最小的原则来确定镜体蜂窝芯格的规格。最后，利用优化设计方法确定了两种复合材料反射镜的结构尺寸。利用有限元法对直径为1m背部开口形式的碳化硅陶瓷反射镜进行静力学分析、模态分析及热力学分析，得出在镜体的直径和厚度一定且工况相同，但背部盲孔的深度及筋的厚度不同时镜体的自重变形规律，基频变化规律及热变形规律，在满足光学系统指标的前提下，以面密度最小原则来确定镜体背部的开放尺寸，最后，利用优化设计方法确定了碳化硅陶瓷反射镜的结构尺寸。(4)碳纤维复合材料反射镜及碳化硅陶瓷反射镜的制作本文深入研究了复合材料反射镜镜体制备工艺，制造了φ200mm的蜂窝夹层结构形式的碳纤维复合材料平面反射镜，重量仅为0.117kg，面密度为3.72kg／m~2，镜面质量良好。制造了φ650mm碳化硅复合材料球面镜、φ240mm碳化硅复合材料平面镜，φ520mm和φ117mm碳化硅复合材料非球面镜，这四块镜子的减重比均在60％以上，表面感性良好。碳纤维复合材料反射镜及碳化硅陶瓷反射镜的制造为大口径的复合材料反射镜的研制奠定了基础并积累了大量的经验。(5)碳纤维复合材料反射镜及碳化硅陶瓷反射镜镜面的光学加工本文深入研究了碳纤维合成镜面技术，并将此技术应用于碳纤维复合材料反射镜镜面合成，完成了直径为200mm的蜂窝夹层结构形式的碳纤维复合材料平面反射镜的光学加工，这项成果为大口径碳纤维复合材料反射镜镜面合成奠定了基础。本文还比较分析了碳化硅陶瓷反射镜镜面的光学加工方法，讨论了光学加工过程各个步骤工艺参数的选择及降低碳化硅陶瓷反射镜光学镜面表面粗糙度的途径，完成了φ520非球面镜及φ240平面镜的加工，面形精度与表面粗糙度与光学玻璃镜面水平相当。