極低軌道(100-250公里)空域作為新興戰略空間，在國防安全、經濟建設與科學探索中具有重要戰略價值。極低軌飛行器兼具發射成本低、觀測分辨率高、通信時延短等顯著優勢；但其特殊的大氣環境特性，如時空漲落明顯、原子氧影響顯著等，對飛行器的構型、動力、能源等方面提出了嚴苛的要求，因此吸氣式電推進飛行器構型設計需要平衡取舍、系統尋優。研究團隊開展了吸氣式電推進飛行器的構型設計工作，相關成果以“Structural and Configurational Optimization of Spacecrafts in Very Low Earth Orbit using Atmosphere-Breathing Electric Propulsion”為題發表在《Acta Astronautica》期刊上。
 

　　研究團隊建立了“工質-能量”雙平衡優化理論模型，通過引入能量工質無量綱化積RP?Rm作為關鍵優化指標，提出了適用于強耦合多參數系統的極低軌飛行器優化設計方法。研究厘清了飛行器設計的核心影響因素，并根據當前各組件性能參數確定了172公里(對應大氣密度6.58×10-10 kg/m3)的最低可行高度，為工程實踐提供了重要參考。進一步，研究團隊通過系統優化獲得了滿足約束條件的飛行器幾何可行域及最優解，優化后的構型設計提升了飛行能力，有效拓寬了飛行器的空間適用范圍。本項研究構建的優化設計方法體系，為吸氣式電推進飛行器的一體化設計提供了理論支撐與技術路徑，對推動極低軌道常態化應用具有重要工程價值。
 

　　力學所研究生李曉琪為論文第一作者，耿金越高級工程師和黃河激研究員為共同通訊作者。研究工作得到中國科學院先導A專項(XDA0470200)和國家自然科學基金(12275019)的資助。
 

圖 吸氣式電推進飛行器示意圖及幾何可行域