火星以其距离地球近,与地球诸多相似性成为深空探测研究目标之一,我国计划于2020年前后发射火星探测器。捕获制动是成功执行探火任务的关键,本文针对火星探测器的捕获制动技术,研究了探测器的捕获策略、误差传播和故障预案、大气制动等关键问题,主要内容与成果如下:一、建立了火星捕获制动的动力学模型。为描述探测器的动力学模型,明确了时空系统,介绍了天体星历的计算,探测器受力考虑了火星非球形引力、太阳火卫等第三引力体的摄动作用、大气阻力。二、针对火星探测的捕获问题,本文建立了推力沿速度反方向、推力方向固定和推力匀速转动三种捕获策略的有限推力模型。以消耗的燃料质量和入轨近火点的高度误差为双目标,利用多目标粒子群算法优化控制参数,得到多目标问题的Pareto非劣解集和Pareto前沿。仿真校验时采用均匀设计法初始化种群,发现推力沿速度反方向时捕获效率最高;方向固定时近火点高度误差小;推力匀速转动会抬升近火点高度,但推力方向与速度反方向夹角小,燃料消耗较少。三、利用CADET法研究了火星探测捕获制动的误差传播。针对三种不同的捕获策略:推力沿速度反方向,推力方向固定和匀速转动,基于协方差分析描述函数法(CADET)建立了轨道状态均值和均方差的传播方程,误差源包括初始状态误差、模型误差、执行误差等。仿真整个捕获制动过程,利用CATET方法分析单一误差和综合误差对每种捕获策略入轨精度的影响,以Monte Carlo法为基准评估其准确性。结果表明,CADET法能够高精度地计算不同的误差传播,且速度快,具有一定的工程实用性。四、为了减小燃料消耗和增大有效载荷,采用大气制动把探测器从大椭圆轨道送入目标轨道。以近火点允许的最大动压为约束,应用牛顿迭代得出制动过程中近火点应处的最小高度;提出一种大气制动方案,针对近火点高度下降的问题,在远火点施加很小的速度将近火点提高到安全高度;优化最后一次的大气进入角,使得最终的远火点达到任务轨道的高度。仿真验证大气制动方案的有效性,动压始终满足最大动压约束。