在科学技术力量的推动下,航天器姿态运动的控制技术得到长足的发展,同时针对欠驱动航天器姿态运动的最优控制研究也取得了相当多的科研成果,本文将采用Chebyshev-Gauss(CG)伪谱法展开对全驱动航天器和欠驱动航天器姿态运动规划的最优控制研究。具体内容如下:首先,采用欧拉姿态角和四元参数建立航天器系统的两种姿态运动学方程;推导出航天器主体、动量轮及单框架控制力矩陀螺的角动量表达式,根据动量矩定理推导出包含推进器、动量轮以及单框架控制力矩陀螺在内的航天器姿态动力学方程的一般形式,并将其分别转变为仅在一种驱动装置作用下的动力学方程,以及对应的欠驱动形式。然后,给出最优控制问题的Bolza表示形式;介绍了最优控制问题的求解方法;考虑到实际问题中对能耗的限制以及对机动时间的要求,在时间最优指标函数和能量最优指标函数的基础上设计了时间-能量最优指标函数;分别介绍了Gauss伪谱法以及CG伪谱法的相关理论及求解步骤。最后,对带三个动量轮的航天器,根据能量最优原理进行了姿态运动问题的研究,并用时间最优指标函数验证求解结果的正确性;对动量轮作用的欠驱动航天器以及推进器作用的欠驱动航天器分别作了CG伪谱法的能量最优姿态运动规划,并用Gauss伪谱法分别对两个模型作仿真,再对比两种伪谱法的求解结果;接着分别根据时间最优指标函数和时间-能量最优指标函数研究了由动量轮作用的欠驱动航天器姿态运动最优控制问题,并作了两种指标求解结果的对比分析;基于能量最优分别求解了冗余安装单框架控制力矩陀螺的航天器以及带两个控制力矩陀螺的欠驱动航天器的无奇异姿态运动最优控制问题。