小行星探测具有重要的科学价值和工程意义,是未来深空探测的热点之一。小行星近距离探测轨迹规划问题是小行星探测任务的核心内容。小行星存在形状不规则、质量分布不均和周围力学环境复杂等问题,这些问题给小行星近距离探测轨迹规划带来了众多挑战。本学位论文以小行星近距离探测任务轨迹规划为主要研究内容,研究了小行星探测任务中的近距离逼近、悬停及绕飞轨道设计问题。首先,针对摄动影响下的小行星近距离逼近轨道进行研究。基于滑移制导策略设计了多脉冲逼近轨道,将逼近轨道分为若干段,并通过相对运动方程推导出各段所需施加的脉冲大小,从而实现任意位置、任意方向的近距离逼近过程。在此基础上,提出了分段两脉冲修正和整体重构设计两种轨道修正策略,该策略可用于修正摄动引起的位置误差。针对小行星引力场范围内的逼近过程,本文基于对偶-内点法优化设计了燃料最优多脉冲逼近轨道,并通过分析逼近过程中速度增量的分布规律给出了逼近轨道的设计依据。然后,在小行星相对系和本体系下分别研究了定点悬停及区域悬停控制方法。对于定点悬停问题,考虑了推力饱和约束,在相对系下设计了基于闭环连续控制的悬停策略。基于高阶滑模控制方法,在小行星本体系下设计了任意位置的悬停控制策略。对于区域悬停问题,提出一种基于打靶法的悬停控制策略,通过在区域边界施加有限次脉冲实现小行星附近的区域悬停保持。其次,分别研究了小行星引力场外和引力场内的绕飞轨道设计方法。对于引力场外的远距离绕飞问题,采用自然周期绕飞轨道作为任务轨道,分析了摄动力作用下绕飞轨道的稳定性,提出了基于闭环连续控制和基于脉冲控制的两种轨道保持策略。对引力场内的近距离绕飞问题,基于小行星多面体模型确定了引力场球谐系数,推导了设计小行星冻结轨道的必要条件,并研究了冻结轨道在非球形摄动下的稳定性。最后,以小行星1998ML14为探测目标,实现了小行星探测任务的全过程仿真分析。给出地球-小行星转移轨道,小行星近距离逼近、绕飞和悬停轨道,并将各段轨道相拼接,以实现完整的探测任务。通过算例仿真验证了该设计方法的可行性。