自20世纪美苏太空竞赛以来,深空探测一直是世界各国航天实力强大的代表,探测领域范围广,探测方式也是多种多样。其中,小行星探测在国际上是一个新的研究热点,对小行星展开探测不但有助于研究小行星轨道演化机制,预防小行星撞击地球,更有助于揭示太阳系的形成及地球生命起源的奥秘。因此,本文以探测器软着陆小行星为研究对象,以燃料消耗为性能指标优化探测器的软着陆轨迹。首先,在小行星探测器动力学方面,由于小行星自身形状不规则导致其引力场分布不均匀等问题,本文基于小行星Bacchus2063自身的特性,借鉴椭球谐函数模型和多面体模型各自的优点,构建了组合模型来模拟小行星Bacchus2063引力场。其次,在小行星探测器轨迹优化方面,针对传统间接法在求解以燃料消耗为优化性能指标时存在非光滑优化问题,本文在此基础上引入同伦法,构建一个递减的同伦参数序列,在同伦参数逐渐接近于零的情况下,能量最优控制问题的解逼近于燃料最优控制问题的解,从而有效解决非光滑优化问题,进而削弱了协态变量对初始值猜测的敏感性。最后,针对本文所建立的小行星组合模型引力场及轨迹优化模型,对小行星Bacchus2063进行算例仿真,探测器软着陆分为“动力下降段”和“最终着陆段”两个阶段,前者引力场采用椭球谐函数模型,后者引力场采用多面体模型。这两种模型的着陆轨迹优化均基于同伦法进行求解,仿真结果表明,在这两个阶段探测器均能较好地达到各自预定的着陆条件,使探测器最终平稳地降落到小行星Bacchus2063表面的预定着陆点,因此,同伦法在解决燃料最优控制问题上具有一定的可行性与有效性。另外,还设计了时间最优控制问题作为对照算例,并对仿真结果进行了对比分析,时间最优控制问题追求的是“效率”,探测器发动机推力一直处于满推状态,燃料最优控制问题追求的是“节省”,探测器发动机在开火与关火之间来回切换以节省燃料。最佳的燃料消耗是以时间为代价的,最佳的时间消耗是以燃料为代价的。