天地往返飞行器是一种气动辅助轨道转移飞行器。在执行空间轨道转移任务时,利用气动力辅助通过选择最佳的变轨策略可节省大量燃料,有利于增加飞行器的空间机动能力,满足长时间在轨执行多任务的作战要求。本文针对气动滑行变轨方式,设计了共平面和异平面的任务剖面。通过轨迹优化的手段,分析气动特性参数对于变轨性能以及轨迹参数等的影响,为飞行器的气动外形设计提出合理建议。本文基于直接配点法,设计了自动网格细化算法,结合序列二次规划法求解最优轨迹问题。针对共平面和异平面分别建立飞行器的气动辅助段动力学模型。设计多组总体参数,分析气动参数对轨迹优化性能的影响。通过仿真结果表明在给定的驻点热流峰值和法向过载的约束条件下,选取的飞行器各项总体参数在较大的范围内均可实现典型工况的气动滑行变轨任务,所需的速度增量(燃料消耗)对各项参数的变化并不敏感。结合实际需求,提出气动外形设计的建议:对于共面变轨最有效的方法是减小飞行器的质面比,并提高最大升力系数;对于异面变轨最有效的方法是减小飞行器的质面比以及增大最大升阻比、零升阻力系数。引入双脉冲变轨方式进行对比,证明气动辅助相较于传统的脉冲变轨方式能大幅度的节省燃料、增加有效载荷、提高轨道机动能力。