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本发明涉及空间光学遥感器热控技术领域,提供一种大口径空间光学遥感器主反射镜的精密控温装置,包括:前端控温罩、中心控温罩、背部控温罩、后框架和承力筒;承力筒为顶部开口的空心圆柱一体结构,主反射镜的反射面朝外固定在承力筒的底部,主反射镜的反射面前设置有中心光阑结构;后框架与承力筒之间进行固定连接;前端控温罩为薄壁筒状结构,固定放置在承力筒内部的侧面;背部控温罩为片状圆环状结构,固定放置在主反射镜的背部与承力筒的底部之间;中心控温罩是对中心光阑结构的复用。本发明实现了针对反射镜的径向、周向及轴向温度直接控制,满足大尺寸反射镜高精度的热控指标要求。