气动辅助变轨飞行器,在进行轨道转移任务的时候,其变轨轨道有部分位于大气层的内部,飞行器能够利用气动力辅助其进行变轨任务。气动辅助变轨飞行器运行的轨道是通过某种算法进行优化得到的,能够使飞行器以更低的能量耗损完成变轨任务。这也使得气动辅助变轨飞行器相比于普通的轨道转移飞行器有着更加强大的机动能力,能更长时间的在轨执行任务,同时拥有更大的有效载荷。本文主要进行了共面和异面两种情况下的轨迹优化以及闭环制导律的设计,同时利用MATLAB进行仿真验证。本文就轨道转移飞行器的轨迹优化问题主要分为两种情况进行考虑,一种是从同一平面的高轨道转移到低轨道的情况,另一种是从不在同一平面内的高轨道转移到低轨道。本文在轨迹优化中,设计了轨迹优化的任务剖面,对于同平面以及异平面的变轨情况分别推导建立了各项所需模型以及约束条件。考虑到轨迹优化问题实际上是一个复杂的非线性最优化问题,本文使用高斯伪谱法进行优化。同时考虑到轨迹优化算法的鲁棒性不强,实际的飞行器模型与设计模型的差异以及实际飞行中大气密度的不确定性,设计了轨道转移飞行器在大气层内飞行的阶段设计闭环制导律。同时考虑到实际飞行器中制导律如何实现的问题。本文主要针对设计得到的制导律中的零阶制导律以及一阶制导律进行仿真验证。经过仿真可以发现,阶次更高的制导律能够具有更好的鲁棒性,在更大大气密度的波动的情况下依旧能有很好的制导效果。同时,经过比对,利用阶次更高的制导律进行制导可以获得更高的末端速度,更加的节省燃料。最后,对于实际飞行器中制导律如何实现的问题进行了考虑,同时进行了仿真验证。