目前,超低轨道卫星受到了各航天大国和著名研究机构的重视,由于轨道高度低,在进行高分辨率对地观测侦察时,可显著降低有效载荷的重量和功耗,甚至采用普通观测设备就能实现高分辨率观测,并且卫星研制成本能够降低到传统卫星的三分之一到五分之一,因此,超低轨道卫星的研制,具有较大的经济效益和工程应用价值。但是由于其轨道高度较低,相比传统低轨卫星受到的气动力与气动力矩高出几个数量级,导致超低轨道卫星的姿态控制系统与传统卫星相比具有显著的不同之处,如何充分利用气动力矩,为姿态控制系统服务,是一个值得研究的课题。本文将主要对高精度气动力矩计算方法以及利用气动力矩进行辅助姿态控制等关键问题进行分析研究。首先,本文在提出超低轨道侦察卫星的构型设计约束条件基础上,设计了卫星构型,为解决质心压心不重合,产生气动力矩大的问题,在卫星构型中加入了气动舵,作为控制系统执行机构之一,利用气动舵的对卫星姿态进行主动控制;其次,以稀薄气体动力学中的自由分子流理论为基础,研究了计算任意外形卫星在轨气动力与气动力矩的高精度算法,采用有限元软件建模,划分网格,然后计算单元基本属性,判断并排除遮挡面,计算气动系数,最后计算气动力矩并累加,并将计算得到的气动力矩保存留以仿真使用;接着,对前面设计的超低轨道侦察卫星计算气动力矩,来确定气动舵的设计尺寸,研究了气动力矩辅助姿态控制的算法,设计了气动干扰力矩状态估计器来估计卫星受到的气动力矩,从而达到减小卫星气动力矩、避免反作用飞轮饱和的目的,利用Matlab/Simulink软件对上述控制系统模型在不同环境参数的条件下进行仿真验证。