亚轨道技术是现在许多国家热衷研究的技术,相对现在服役的航天飞机或飞船具有低的运输费用、准备时间短和可重复性等优点。为了加快我国航空航天事业的发展,提出亚轨道飞行器的初步设计方案。本文在轨道方案设计上引用了跳跃飞行的概念。跳跃式轨道飞行概念是在大气层高速飞行器的发展过程中形成的。所谓跳跃式轨道飞行,是指飞行器经弹道式飞行并滑翔再入大气层后,在升力或火箭简短的推进作用下改变飞行轨道,再次冲出大气层,恢复弹道式飞行;重复上述动作,交替再入和冲出,作波浪形飞行,直至目的地上方。本文研究的主要内容包括:首先,针对亚轨道飞行器总体技术的关键技术进行初步分析和研究。分析锥形体、翼身组合体、升力体和乘波体的气动特性并比较各种气动外形。研究的推进系统采用超燃冲压发动机,主要分析超燃冲压发动机的工作原理和工作特性。最后还为我国的亚轨道飞行器设计提出了一些可行的操控和制导方案。其次,建立跳跃飞行各个飞行段的轨道数学模型。整个跳跃飞行包括:大气外自由飞行段、无动力再入、发动机重新启动和再次飞出大气层四个飞行段。根据给定的初始条件,计算飞行器的整个跳跃飞行轨道并进行仿真和仿真结果分析。通过对仿真结果的分析,确定跳跃飞行方案是可行的。最后,以四次跳跃飞行方案为一个算例进行优化设计。用外罚函数法及步长加速法对跳跃轨道参数进行优化,并得到优化结果。得到的优化参数能够使航程达到最大。