为适应光学红外望远镜口径不断增大的需求，降低驱动功率，应用碳纤维复合材料对望远镜主镜室桁架进行轻量化设计。对望远镜主镜室碳纤维复合材料桁架单元铺层进行优化设计，利用进化算法选取最优铺层方案。对望远镜主镜室桁架单元建模，并利用敏感性分析及进化算法选取最佳铺层方案，设计另外3种典型铺层方案进行对比，对桁架杆单元进行静力学分析和加载实验，对桁架杆组装成的六杆三棱锥单元进行模态分析和振动测试。有限元分析和实验结果对比表明：最优铺层方案为［±45°/90°/0°/90°/0°］s。有限元分析得到该方案桁架杆单元的等效轴向刚度为8.306×10⁶ N/m，实验测得为7.463×10⁶ N/m；有限元分析得到的等效径向刚度为3968.3 N/m，实验测得为3344.5 N/m。该方案六杆三棱锥单元模态分析得到一阶频率为93.699 Hz，振动测试测得一阶频率为84.683 Hz。复合材料桁架杆质量比同尺寸的钢结构杆减轻了77.6%，静力学性能与动力学性能均优于同质量钢杆。最佳铺层方案的有限元分析结果和实验结果表明其静力学性能及动力学性能均优于其他方案。