本文研究航天器轨道转移与轨道交会的最优控制问题。根据最优控制理论和Pontryagin极大值原理,分别选取动力学变量和运动学变量来作为状态变量进行研究。 采用动力学变量即位置、速度矢量作为状态变量。研究在地心直角坐标系中最优控制方程,详细分析了冲量轨道的解析解法,得到了平面内任意冲量轨道转移的最优控制解法,推导了在有限推力作用下,最优轨道转移的控制方程以及平面内的数值解法。研究在极坐标平面内最优轨道转移控制方程,并介绍了相应的数值解法。 选取运动学变量即空间轨道根数作为状态变量。研究牛顿中心力场中,航天器在小推力推进作用下,非共面椭圆轨道交会、小偏心率近圆轨道交会、小倾角小偏心率轨道交会、非共面椭圆轨道转移,小偏心率近圆轨道转移、小倾角小偏心率轨道转移这六种不同情况的最优控制解析解。在此基础上,根据天体力学中的平均要素法,研究了航天器在地球扁率影响下和小推力推进的共同作用下,上述六种不同轨道转移情况的最优控制解析解。详细计算分析了地球扁率对最优轨道的影响。 本文的研究表明,采用动力学变量建立的最优控制方程易于得到平面内有明确动力学意义的解析解;采用运动学变量建立的最优控制方程可以得到空间转移轨道的解析解,且在考虑地球扁率摄动时也能得到解析解。在实际的应用中,可以根据不同的简化要求了使用本文得到的最优控制解。