主光学天线是激光通信系统中的重要光机部件,由于机械结构的材料性质和结构形式的影响,在温变载荷条件下,机械部件发生结构变形,会导致主次镜间距发生变化,进而会对光学质量产生影响。若不进行结构优化、采取温控措施,可能导致激光通信系统光学天线镜片光学性能严重下降,甚至损坏。为此,需要抑制阳光对主次镜的辐射、进行结构优化研究、改善光学天线元件的热力学特性,保证主次镜的力、热稳定性以及间距稳定性。根据空间环境及天线系统的工作环境,对天线整体结构进行了选择与设计。根据有限元热力学分析理论,进行了光学天线温度环境分析,指出外热流变化容易引起光端机温度剧烈变化,必须抑制外热流对光学天线的辐射,依据外热流环境对光系统提出热控指标。结合主天线的机械结构特点,根据灵敏度分析理论,对影响激光通信光学天线主次镜间距的设计参数进行灵敏度分析;总结各误差源在温度载荷下对主次镜间距变化的影响规律;最后以保证主次镜间距精度、提高热稳定性为优化目标,根据灵敏度分析结果对结构进行稳定性改进设计。基于上述温变载荷边界条件以及灵敏度分析结果,以保证主次镜间距变化量最小为优化目标,对主次镜间连接结构进行优化设计,使次镜面形精度及整体一阶基频能够达到设计要求。同一条件下,采用响应面法优化对柔性环节参数进行高效、合理的优化。分析了主镜热力学特性及其影响因素,得到主镜镜面形精度及整体一阶基频同样能够达到设计要求。对稳定性优化后的整体光学系统进行力热性能分析;对系统进行了整机模态分析以及温变载荷条件下的天线主次镜间距误差、面形误差分析,得到整体系统各项指标均满足设计要求;对光学系统重要组件进行热仿真验证并进行热控策略设计。最后,利用ZYGO干涉仪进行装配后系统波像差检测以及温变载荷对光学系统的影响实验。实验表明:系统RMS值为0.0625λ（λ/16）,主镜面形RMS值为λ/47,次镜面形RMS值为λ/77。光学系统具有良好的温度环境适应性,在20±5℃的范围内系统波像差均能保持小于0.0714λ（λ/14）,且变化范围不超过0.02λ。