针对高纬度地区地球同步轨道卫星存在覆盖盲区的问题,本课题提出了一种长期悬浮在极轴上空的混合推力航天器极地悬浮轨道方案。本文提出的极地悬浮航天器可实现对高纬度地区的连续和实时覆盖,并且可应用于极地观测、通信等需求的极地悬停卫星任务设计阶段。针对严格位置约束和松弛位置约束两大类问题,分析了其推力需求特性和燃料消耗。结合工程实际,对采用电推进和太阳帆混合的极地悬浮航天器进行了质量核算和寿命分析。结果表明:对严格位置约束下的极地悬浮轨道,与纯电推进相比,利用混合推进技术可以消耗更少的燃料,有效载荷质量也较大。课题的研究内容主要有以几个方面:首先,对于本文在极地悬浮轨道以及模型建立中所选取的坐标系、轨道动力学模型进行了详细的阐述,本课题基于日-地-航天器三体模型建立连续小推力控制下的极地悬浮航天器轨道动力学模型,并推导了动力学方程以及运动学方程,为后续工作提供理论支撑。其次,研究严格位置约束下的混合推力极地悬浮轨道,分别讨论悬浮高度不变与悬浮高度呈周期性变化的良种极地悬浮轨道。为了体现混合推进在设计极地悬浮轨道中的优势,又对传统电推进与混合推进下的极地悬浮轨道设计方法分别进行了研究。同时进行仿真实验验证了混合推进作用下两种位置约束方式下的可行性,经过仿真实验验证极地悬浮轨道的工作性能够达到设计要求,证明设计方案可行。再次,针对极地悬浮轨道优化问题,提出了一种松弛位置约束下的极地悬浮轨道。在此种位置约束下,航天器位置在地轴的延长线上,航天器随着地球实时运动,可实现对极地地区的实时观测。利用基于gauss伪谱法的PSOPT工具包对设计的混合推力极地悬浮轨道进行优化,在给定位置约束以及动力学约束后,通过仿真实验,得到的极地悬浮轨道可实现航天器在轨运行时的燃料最优原则。对该极地悬浮轨道的工作性能进行分析比较,发现松弛位置约束下的极地悬浮轨道较严格位置约束下的混合推力极地悬浮轨道工作性能有较大改善。最后,考虑到纯太阳帆在轨运行的可能性,设计松弛位置约束下最优同步精度纯太阳帆极地悬浮轨道。理想情况下,在最优同步精度纯太阳帆极地悬浮轨道运行的轨道周期内,太阳帆航天器仅需依靠太阳光压力获得动力,实现纯太阳帆在轨运行,后对设计进行仿真验证。为了寻找最优同步精度下的结果,我们结合遗传算法对约束角的大小进行编码以寻求最优解。之后进行仿真验证,尽管没有实现理想状态下纯太阳帆的极地悬浮轨道,但仿真结果表明以燃耗最优为原则,本文提出的松弛位置约束下最优同步精度纯太阳帆极地悬浮轨道对燃耗依旧有优化作用。