由于地火距离遥远,深空环境复杂,火星探测器一旦出现执行机构故障很难进行在轨维修。为了提高火星探测器姿态控制系统的安全性和可靠性,本文分别对火星探测器环绕段和进入段的姿态容错控制问题进行了研究。论文的主要研究工作如下:首先,针对火星环绕段探测器执行机构发生混合性故障的问题,设计了一种基于改进型滑模观测器的容错控制算法。当探测器对火星进行绕飞观测时,不可避免地会受到太阳光压等重复性干扰,考虑上述干扰情况下,针对可能出现的执行机构混合性故障设计了基于改进型滑模观测器的容错控制算法,保证了轨道器能够顺利完成绕飞观测任务,同时满足一定的精度要求。接着,针对火星进入段探测器推力器发生混合性故障的问题,设计了一种基于反步法的自适应容错控制器。考虑到传统反步法存在“微分爆炸”的缺陷,将微分量视作不确定性的一部分,利用自适应律逼近不确定性的上界,从而设计了一种自适应容错控制律,保证了火星进入过程中执行机构发生混合性故障的情况下,探测器仍然能实现姿态的精准跟踪。最后,针对火星进入段探测器推力器失效性故障的问题,同时考虑输入饱和约束,给出了一种自适应鲁棒容错控制算法。在实际工程中,执行机构由于其物理特性会存在输入饱和约束,这种约束会影响控制器的性能。于是考虑这种约束的影响设计了一种对转动惯量变化不敏感的鲁棒容错控制器,该种控制器利用自适应技术对控制增益进行在线调整,保证了系统在发生失效性故障的情况下仍然拥有良好的跟踪性能。