实现高精度地月激光测距具有重大意义,国内外采用新一代激光反射器来提高测距精度,新激光反射器在测距时,如果地面发射激光的入射角发生偏斜就会产生巨大误差,因此有必要进行新一代激光反射器的地月二维指向调整。本文开展了新一代激光反射器地月二维指向调整机构的理论和实验研究,为高精度地月测距奠定技术基础。根据课题技术指标要求,提出了机构轻量化设计指标载重比,设计了指向调整机构的轻量化构型方案。选择超声电机为驱动源,充分利用超声电机转矩密度大、断电自锁等特性,实现了机构各项功能要求。提出质心平衡设计理论,通过负载自身力矩平衡,降低负载对电机驱动力矩的要求,减小驱动源和各部件尺寸,实现了整机的小型化和轻量化。根据选定的机构构型方案,设计出机构的结构,建立机构三维模型,结合实际工况进行了机构的静力学仿真分析。从性能最优原则出发,优选出机构最终结构组合方案。通过动力学分析检验了机构在全任务周期运行的可靠性,利用热力学耦合仿真分析研究了机构在月面空间环境的适应性,并分析了外界环境对机构指向精度的影响。研制出机构原理样机和闭环控制器,搭建出样机转角精度测试系统,对样机的各项指标进行了实验验证。测试结果表明,样机质量为1.526kg,载重比为3.6,外形尺寸为267×171×239mm,调整角分辨率为5.9",精度为0.0758°,达到了课题技术指标要求,验证了质心平衡设计法的合理性。仿真和实验结果表明,本文提出的质心平衡设计法及设计的地月二维指向调整机构,为高精度地月激光测距任务打下基础,也为空间指向调整机构的轻量化设计提供借鉴。