日-地系统/地-月系统平动点是人类进行空间环境观测与行星际探测任务的低能量枢纽。在复杂的多天体引力环境中,围绕平动点附近周期轨道、拟周期轨道及其不变流形的节能转移技术在科学研究与工程应用中受到广泛关注。相比于传统的轨道转移方式,利用低能量转移轨道能够有效地降低任务实施的燃料消耗,提高航天器携带有效载荷的能力。因此,对三体/四体模型下的轨道动力学特性进行研究,提出可行的低能量轨道构造方法是星际间轨道设计的重点与难点。本学位论文结合国家自然科学基金项目“非自治四体问题中的非线性轨道动力学与轨道优化研究”,以平动点轨道及其不变流形为研究对象,系统地研究了低能量转移轨道设计优化问题。主要研究内容分为以下几个方面:针对日地系平动点轨道设计方法及转移特性进行研究,提出了多约束转移轨道设计策略,结合三体动力学特性构造了初值表达式,并详细讨论了节能轨道的分布特点。首先,建立能够描述地球停泊轨道尺寸与空间取向的约束模型,在自由变量中引入地球逃逸时刻,较好地解决了转移轨道的多约束问题。为了降低轨道设计的初值猜想难度,通过非线性数据拟合得到了初值表达式,有效地提高了轨道设计的效率。最后,系统地分析了地球停泊轨道约束、目标轨道幅值和入轨点等不同情况下的轨道转移特性,重点研究了燃料消耗、飞行时间和地球逃逸时刻的变化,得到了短时间-高脉冲转移,燃料与时间折衷转移等不同转移方式并分析其入轨点分布特点。针对地月系平动点轨道的转移设计问题,基于圆型限制性三体模型和限制性四体模型,给出了月球借力低能量转移设计方法。首先对于不同平动点附近的周期轨道,建立满足低能量转移的月球借力约束模型,通过分析不同约束条件下的借力效果,确定出相应参数的取值范围。同时,详细讨论了不同目标轨道参数对转移过程中燃料消耗和时间的影响,从而得到最佳的入轨点区间。在此基础上,进一步考虑太阳引力对探测器运动的作用,分析了太阳在不同方位下的月球借力转移轨道特性。针对平动点轨道之间的低能量转移设计问题进行研究。首先基于平动点轨道的流形结构,提出了流形拼接区域搜索方法,依据不稳定流形和稳定流形的状态量,通过对状态量进行取整、取交集等一系列处理,有效地确定出合适的流形拼接区域。进一步优化求解得到地月系统内、地月系统和日地系统间平动点轨道之间的最优脉冲转移轨迹。其次,以地月系统中5个平动点附近不同类型周期轨道的转移任务为应用背景,构建了燃料最优的小推力转移优化模型,详细分析了平面周期轨道之间转移、平面轨道和三维轨道间转移、三维平动点轨道间转移三种类型的轨道转移特性。针对平动点轨道在行星探测中的应用研究,以探测器由地月系平动点轨道向火星转移为背景,基于天体借力飞行技术,提出了仅考虑地球借力、月球借力结合地球借力的两种类型轨道转移方式。为了设计出合适的转移轨道并降低燃料消耗,探测器飞往火星过程中需要施加深空机动。最后,分别以不同幅值的平动点轨道作为研究对象进行分析,在给定出发时间段内搜索确定最佳的转移机会,并揭示出平动点轨道与火星之间转移机会的近似周期特性。