目前,在深空探测领域的优先发展方向之一是太阳能热微推进技术。太阳能热微推进系统是利用汇聚的太阳辐射能直接来加热工质气体,高温的工质气体由喷管膨胀喷出产生推力的装置,总能量利用率可达60%~70%。太阳能热微推进系统应用范围广,适用于多种航天器不同任务要求。与大部分传统推进系统相比,具有结构简单、比冲高、推进剂消耗少、无污染等优点。太阳能热微推进技术是发动机可持续发展的新方向,为了更好地应用此技术,对现有太阳能热微推进系统的优化研究工作必不可少。本文选择以聚光器、推力器分系统和基于空间任务的太阳能热微推进系统为研究对象,构建物理模型、数学模型,进行仿真分析、优化分析,并辅以实验验证模型正确性。首先,对聚光器分系统进行数学建模,构建了以太阳光收集效率和聚光器系统质量为性能评估准则的优化模型,分别使用NCGA和NSGA-Ⅱ两种改进型遗传算法对聚光器系统进行多目标优化;然后,在推力器分系统中,对层板工质气体流动单元和喷管进行物理建模和流动仿真,分析包括流动单元体厚度、小孔直径、层板周向直径等关键参数对加热效果的影响,通过运用试验设计方法,同喷管进行一体化设计,获得可优化加热效果的换热芯结构参数;其次,为了对模型的正确性进行验证,本文对太阳能热微推进系统进行测试实验,分别在常温和高温条件下进行推力测试;最后,综合聚光器系统、推力器系统和实验研究结果,对应用于微小卫星的太阳能热微推进系统进行数学建模,以太阳能热微推进器有效比冲最高、太阳能热微推进系统推进效率最高、推进系统质量最小为优化目标,采用先进遗传算法对整个系统进行优化研究。随着微小型航天器在空间组网、编队飞行、军事侦察和科学试验等各个领域日益广泛的应用,太阳能热微推进系统必将有更大的使用空间,在空间探索上发挥举足轻重的作用。对太阳能热微推进系统的优化工作有助于增大太阳光的利用率、提高系统的有效比冲、减轻系统的结构质量,同时也对以后太阳能热微推进系统设计有参考意义。