深空探测业已成为世界关注的焦点，这类任务的高成本特性，也使得与探测成本密切相关的探测轨道的设计和优化方法的研究成为热点。深空探测的轨道(尤其在涉及借力飞行变轨时)通常有多种转移方案，这使得优化空间呈现急速增长。本文重点针对深空探测任务的轨道设计与优化问题的算法设计和软件仿真问题进行了研究。 本文首先介绍了选题的来源和意义，所查目前轨道设计与优化领域的国内外现状，本文的主要工作和试图有所创新的内容，以及需要重点解决的一些问题。 在第二章中，对轨道计算的背景和基础知识进行了简单介绍，以求对后续章节中的公式和概念进行简单铺垫。包括常用时空系统、航天器动力学原理以及机动和变轨的介绍。 行星际脉冲转移轨道设计模型的分析在第三章中展开。详细介绍了圆锥曲线拼接法在基于二体的轨道设计中的具体计算方法。圆锥曲线拼接法将轨道分成日心段和行星质心段进行分段计算，分段计算所涉及到的轨道衔接问题(如不同惯性坐标系之间的转换)是圆锥曲线拼接法需要解决的关键问题之一。本文引入常用于精确轨道确定中的B平面方法进行无机动借力飞行轨道面的确定和航天器接近目标行星的轨道面确定。在深空机动(DSM)的介绍中，本文还引入了位置模型DSM，来参数化非共面Lambert问题中的大倾角转移轨道面临的高能量消耗问题。 在了解了行星际脉冲转移轨道的设计方法后，如何对转移方案进行参数化，并评价方案的优劣成了轨道优化的首要问题。本文的第四章讨论了如何将轨道设计方案参数化为优化算法评估函数的决策向量。分析了MPGA+位置模型DSM和MGA+速度模型DSM两种多借力飞行行星际脉冲轨道优化模型，并分析了这些模型的时间复杂度。优化算法方面，本文使用差异演化(DE)算法进行了大量的实验，验证了双脉冲轨道优化问题基础上加入DSM(位置模型或速度模型)可有效降低任务的燃料消。燃料消耗和飞行时长通常是行星际轨道优化算法需要同时考虑的目标，因此本文引入了NSGAⅡ算法对双脉冲变轨问题进行了多目标优化的实验，并与ESA文献中的结果进行了比较。 第五章中讨论了讨论了本文设计的行星际轨道优化仿真工具软件的设计。主要从软件的结构、数值仿真、可视化仿真、任务管理和务优化几个方面展开介绍。 最后一章对本文工作进行了总结，并对下一步的研究工作进行了展望，相信对后期研究有所帮助。