随着空间目标探测技术的深入发展,大型光学望远镜成为了空间目标探测、天体目标探测和航天器定轨的重要设备,因此人们对大型光学望远镜的探测能力、测量精度和跟踪精度提出了越来越高的要求。大型光学望远镜主要通过精密轴系、高精度跟踪系统和天文定位精度等完成对目标的精密跟踪和高精度测量。由于大型光学望远镜轴系精度直接影响着望远镜的指向精度和跟踪精度,因此在大型光学望远镜发展过程中,大型望远镜精密轴系技术研究一直备受关注。目前国外在10米级以内的大型光学望远镜精密轴系发展已经相当成熟,且在大型望远镜总体技术、指向精度分析、液压轴系支撑技术、高刚度轴系技术、轴系晃动检测技术等方面都成功运用到了多台大型望远镜中。目前,该领域国内起步较晚,在4米级低轨目标跟踪望远镜精密轴系尚无报道,该课题的研究有利于提升我国在大型望远镜精密轴系研制的技术能力。本文围绕大型光学望远镜精密轴系的关键技术开展了如下几方面的研究:1.首先详细分析了液压轴承的基本理论,然后就大型光学望远镜液压轴承设计中的关键参数建模进行了理论研究。针对大型光学望远镜液压轴承中存在的均化效应现象,进行了详细的理论分析和理论推导,定量分析了不同周期不同幅值的的加工误差对轴系晃动的影响。为了验证液压轴承关键参数建模和均化效应理论的正确性,研制了一套4米级大口径光学望远镜高精度精密轴系。通过测试表明该轴系的轴系晃动精度达到了亚角秒级精度,验证了关键参数建模和均化效应理论的正确性和可行性。2.首先就现有国内外大型光学望远镜轴系中使用的大接触角推力球轴承的基本理论进行了研究,并指出了该轴承结构形式在高精度大型望远镜使用中的不足。依据大型光学望远镜实际运用中对轴承精度的应用需求,设计了一种针对大型光学望远镜的密珠轴承支撑结构形式,并就该密珠轴承轴系晃动和摩擦力矩等关键参数进行了理论分析和研究。在此基础上研制了一套2米级大口径光学望远镜密珠轴承支撑的望远镜精密轴系,并对该精密轴系的轴系晃动、摩擦力矩等轴系关键指标进行了实际测试。测试结果表明该结构形式具有摩擦系数低、轴系晃动小的特点,为未来车载、舰载等大型光学望远镜精密轴系研制提供了一种很好的选型方式。3.首先分析了大型光学望远镜轴系刚度对望远镜的指向精度、测角精度和跟踪精度等方面的影响。然后就如何提高望远镜轴系的设计刚度进行了理论研究。为了验证该理论研究的正确性,研制了一套4米级大口径光学望远镜精密轴系,并对该轴系的谐振频率等进行了实际测试。实际测试结果与理论分析结果具有很好的一致性,验证了该理论建模方法的正确性。4.针对4米级大口径光学望远镜俯仰轴系晃动对指向精度产生的影响,详细分析了传统轴系晃动测量方法的基本理论。就传统测试方法存在的问题进行了实际测试验证。为了提高测量精度,提出了一种双平面镜的测量方法,解决了传统俯仰轴系晃动测量方法中由于结构变形及安装误差造成测量结果不准确的问题。并就该方法进行了实际运用和测试。测试结果表明采用传统测量方法的PV值14.5″,双平面镜测量方法PV值1.5″,新方法将传统的测量精度提升了一个数量级。