超低轨微小卫星由于轨道高度低,在军事侦察、科学探测等应用中具有独特的优势,有良好的经济效益和广阔的应用前景。同时由于轨道高度低,与传统的低轨卫星相比,超低轨微小卫星受到的大气阻力要高出几十个数量级,导致超低轨微小卫星的寿命较短。因此需要对超低轨微小卫星实施轨道维持控制,而以电推为主的微推具有高比冲、无燃料消耗、价廉等特点,更适用于微小卫星的维持控制。本文基于超低轨微小卫星的轨道维持问题,提出采用新型的真空电弧推力器对超低轨微小卫星提供持续的微小控制力,并对微力进行标定。本文主要研究内容包括:首先,分析了在超低轨环境中不同摄动因素下的轨道漂移情况。基于卫星轨道的高斯摄动运动方程,用数值解分析了在超低轨大气阻力摄动和J2摄动因素作用下的轨道变化特性,计算结果表明在超低轨条件下大气阻力会使轨道高度衰减迅速,给出了衰减速率,为基于微推的超低轨轨道维持提供了理论基础和输入条件。其次,提出了基于真空电弧微推的超低轨道维持策略。在考虑J2摄动和大气阻力条件下,提出采用真空电弧微推的连续微推力来补偿摄动力;由于单个微推开关寿命有限且推力太小,本文设计了微推力簇的构型布局,在增大推力的同时提高了推力系统的可靠性。仿真分析表明通过一定的布局设计,真空电弧微推能稳定可靠地应用于超低轨微小卫星的精确轨道维持控制。接着,设计并搭建了可测量10μN的微力测量装置。基于微推的精密轨道维持关键在于单个推力的精确标定,为了验证真空电弧微推力簇对超低轨道维持动力需求的可靠性,设计并搭建了基于重力复摆的微推力测量系统。首先根据微力测量的精度和环境需求,完成以复摆为测量原理的微推力测量装置的总体方案软、硬件的设计与搭建,并对误差进行了理论分析。最后,完成了微推力测量装置的指标实测与分析。该测试系统原理简单,难度在于测量数据的处理上。为了提高测量精度,对测试系统进行了完整的频率测试、恢复系数标定实验以及标准质量验证等实验,梳理了测量流程和步骤,验证了微力测量精度可达到10μN量级,完全满足微推力的测试需求,推进了测量装置的实用化。