由于运行轨道低、轨道周期短,低轨卫星在遥感探测等领域具有分辨率高、重访频率高的明显优势,但稀薄大气的阻力使其轨道衰减,严重影响其服役寿命,利用光产生的推力来克服大气阻力使卫星长期在轨是一种新型轨道保持技术。本文提出一种反射式折纸超结构光帆,在不产生额外大气阻力的前提下获得光压推进力,使卫星长期在轨成为可能,本文通过构型设计、建立光学仿真模型、优化设计、模型验证等方式对反射式折纸超结构光帆开展研究。基于往复式折纸方法提出了一种能实现面内光推进、折展、自刚化的光栅式折纸构型,建立了包括3个设计常量和7个设计变量的参数化几何模型,分析了光帆的自刚化原理和折展特性,确定出光帆总体构型方案。根据反射定律建立了模拟太阳光束在光帆中多次反射过程的数值模型,根据光压的量子理论建立了光推力模型,实现了任意结构光帆在任意入射和反射率条件下的光路仿真和光推力预测,并基于光路图分析了光束在光帆中的传播规律。针对晨昏轨道和-30°轨道的典型光照条件,利用穷举法和继承法对反射式折纸超结构光帆设计实施参数优化,并分析了光帆层数和材料吸收率对光推力的影响规律。得到了6层光帆在晨昏轨道条件下的最大光推力为3.8μN/m~2,高于传统光帆的3.3μN/m~2,接近理论最大值4.3μN/m~2,该结果首次验证了往复式光栅构型可用于光压推进的构想,为后续研究奠定了基础。7层光帆在-30°轨道条件下的最大光推力为1.1μN/m~2,低于传统光帆的1.3μN/m~2,说明了反射式折纸超结构光帆对入射角的敏感性大于传统光帆。为了评估该类光帆应用于低轨卫星的实际推进效能,以“星链”卫星的尺寸参数建立算例,表明在轨道高度为500 km的晨昏轨道,采用面积为5.22 m~2的光帆即可克服气动阻力、实现长期在轨,在-30°轨道光帆面积需30.75 m~2,上述光帆面积均小于“星链”卫星太阳能帆板的38.40 m~2,因此在结构上具备可行性。若光帆面积达320 m~2,则能实现300 km轨道高度长期在轨。为验证优化结果,搭建了反射波瓣测试平台,测试了出射光的相对强度和角度。基于测试精度要求完成了测试平台设计、元器件选型、测试程序编写及装置标定。从反射光的方向和数量、光推力合力的方向、面内光推力相对大小三个方面,对光帆层数为6层的优化构型在晨昏轨道条件下进行了实验验证。