小型空间相机造价高、风险大、研制周期较长等特点决定了空间相机轻量化设计对降低空间相机的成本、缩短研制周期具有十分重要的意义。本文结合在研星载小型空间相机的研制过程，对空间相机的机械结构进行了设计建模，并在此基础上建立了相机的有限元模型，按照空间相机地面试验时的安装方式，在空间垂直的3个方向施加10倍重力加速度，进行了空间相机的静力学特性分析，获得了相机各部位的最大应力，并与各部位的材料强度极限进行了对比，结果表明设计是合理可行的，并且在强度的约束下具有很大的轻量化空间。空间相机的模态特性对相机顺利发射以及在轨正常工作具有重要的意义。利用已经建立的空间相机有限元模型，按照分解分析的原理，对空间相机的各个重要组成模块按照其各自的固定方式分别进行了模态分析，并对模态分析的结果进行合理性分析和试验结果对比。在此基础上，对空间相机整体进行了模态分析，并对计算结果和试验数据进行了对比分析，证明了设计的合理性和有限元模型的正确性。在空间相机的研制过程中，对相机各模块和相机整体进行了数次不同量级的正弦振动、随机振动、冲击试验。通过对试验数据的分析，以及与有限元分析结果的对比证明了相机各模块以及相机整体的模态特性是符合要求的。对影响空间相机质量的各个参数进行了轻量化可行性分析，确定了底板、光学系统、扫描机构板厚三个参数作为优化的变量，通过模拟试验的方法得出了三个变量与相机模态之间的规律性关系。在此基础上，提出了模态质量比的概念，并分析得出了空间相机模态质量比与各部件厚度之间的关系。利用得出的规律性关系，在一阶固有频率的约束条件下得出了相机轻量化的各个参数取值，设计后相机质量比设计前降低14.8％，并利用nastran软件的结构优化模块功能进行了验证性计算，计算结果与优化结果一致。