航天器进行轨道机动或转移往返于空间站与平台、卫星之间,它们的变轨可用冲量或连续推力方式,但是耗能比较大,而气动力辅助轨道转移可成为节省燃料的变轨方案。本文所研究的气动力辅助变轨方式由于有效的利用了航天器环绕星球上的大气这种自然资源,减少燃料消耗,从而使航天器获得了较大的有效载荷比。因此,研究气动力辅助变轨具有重要的意义。本文分析了气动力辅助变轨飞行器的特点,研究了影响气动力变轨过程中的因素,确定了升阻比和滚转角作为主要的控制参数,燃料最省作为目标。首先,建立了大气层内运动学微分方程,并对方程进行了简化和无量纲化处理。其次,在同面HEO-LEO的气动辅助变轨过程中,根据大气边界条件和最优目标确定性能指标,通过引入哈密顿函数,利用庞特里压金极大值方法,对性能指标进行分析,设计出关于升阻比的控制律,代入轨道运动学方程中进行最优控制。分别对升力系数受约束和不受约束两种不同情况进行仿真,并改变转移轨道近地点高度进行仿真。再次,在异面HEO-LEO的气动辅助变轨过程中,分别以升阻比和滚转角控制参数,进行控制律设计,在大气飞行段对轨道倾角进行寻优,分别对不同的轨道倾角进行仿真分析。最后,通过对同面辅助变轨和异面辅助变轨两种情况大量的仿真,分析了升力系数受约束和不受约对同面变轨的影响,同时分析转移轨道近地点高度对同面变轨的影响和轨道倾角的变化对异面变轨的影响,并与霍曼变轨进行对比,结果验证了本文算法的有效性和合理性。