薄膜衍射成像技术以其重量轻、可折叠展开、公差宽松以及高分辨率等优点成为光学载荷领域的研究热点。空间充气展开结构在大型航天器结构中的应用越来越广泛,可用于构建薄膜衍射成像系统。本文提出了空间薄膜衍射镜充气展开结构设计方案,主镜为薄膜衍射透镜,支撑结构为充气展开膜结构。完成了空间薄膜衍射镜充气展开结构方案设计:充气支撑结构设计,花边样式和参数设计以及张拉索布置等。为了实现空间薄膜衍射镜充气展开结构的折叠展开,进行了收纳结构设计和支撑吊架结构设计。基于非线性有限元法,进行了空间薄膜衍射镜充气展开结构静力学分析和动力学分析。通过静力学分析,求解得到了充气气压作用下结构的应力分布;动力学分析部分;进行了充气展开结构的预应力模态分析,得到结构基频和振动模态;完成了谐响应分析,确定了充气展开结构在简谐荷载作用下的稳态响应;进行了动载荷作用下的结构瞬态动力学分析,得到了结构瞬态振动形态及各个节点的位移、速度、加速度等。结果表明空间薄膜衍射镜充气展开结构的基频和充气气压满足设计指标要求。完成了空间薄膜衍射镜充气展开结构的空间热环境和热力耦合效应研究。建立了实现空间薄膜衍射镜充气展开结构的热-力耦合分析框架,基于I-DEAS和ANSYS软件,实现了空间薄膜衍射镜充气展开结构的热-力耦合数值分析,研究了空间薄膜衍射镜在轨运行时的瞬态传热、热应力、热变形等。分析结果表明,充气展开结构没有出现热振动现象和较大的热变形,结构刚度良好。研制了空间薄膜衍射镜充气展开结构样机,并进行了折叠展开试验。同时对充气直管进行重复展开精度试验和泄露试验,以验证空间薄膜衍射镜充气展开结构的可行性。试验结果表明,空间薄膜衍射镜充气展开结构样机可以顺利地充气展开,完全展开后镜面可以被张拉索张紧。重复展开精度试验表明充气直管的轴向重复展开精度满足设计要求。