变工况太阳能热推进系统可利用聚光器对太阳能进行聚集并将推进剂可加热至2000K以上,工质再经过喷管将内能转化为动能进而产生推力,以氢为推进剂的推力器比冲理论可达800s以上。变工况太阳能热推力器在轨道机动转移、姿态调整等空间任务中具有很大的性能优势。本文通过理论、仿真与实验研究相结合的方法,对太阳能热推力器在设计工况下进行研究分析。通过改变推进剂质量流量和太阳辐射能量来改变太阳能热推力器推力大小。建立相应的模型,通过理论分析计算得到1m~2的聚光器面积可以产生约0.4N的推力,要达到推力器正常工作温度2400K以上,推力器总的聚光比至少为5000。在推力调节过程中,同时改变流量和辐射能更有利于对推力的控制。针对二次聚光器在高温下工作容易破裂的问题,本文对聚光器和推力室进行再生冷却建模仿真分析。采用光热耦合和流固耦合的方法对吸收腔进行了辐射换热分析,得到采用再生冷却后,二次聚光器的最高温度降低至1200K,低于其安全工作时的最高温度值阈值。对折射式二次聚光器(Refraction secondary concentrator:RSC)进行了热应力分析。不采用再生冷却方法时,RSC的最高温度已经超过2200K,采用再生冷却时RSC温度下降至1600K,可以正常连续工作。对换热芯层板建立仿真模型并采用流固耦合传热的方法进行仿真分析得到层板温度分布特性以及层板结构参数对层板加热效果的影响规律。通过分析得到层板温度分布范围为1600K～2400K,加热效率较好。分析了层板结构参数对换热芯加热效果的影响,分析仿真结果得出在流道长度一定的条件下,应该尽可能减小换热微流道横截面积以提升加热效果,并且当换热微流道长度占层板总流动长度的1/4左右时加热效果最为有利。对推力器喷管进行流场仿真分析得到在使用氢气作为工质时各工况下的喷管效率和系统推进效率和使用氨气作为工质时氨离解组分分布情况。最后,利用氙灯太阳光,通过调节推进剂流量大小和太阳光入射辐射能量大小,开展太阳能热推力器变工况实验测试研究。