人类的航天活动造成了很多的空间碎片累积，分布在地球周围的广阔区域，越是应用价值较大的轨道带，越是集中，对后续航天任务造成了巨大威胁。国际上各大航天机构纷纷提出了空间碎片的主动清理计划，其中天基激光清理空间碎片技术被广泛认为在未来具有较强的应用潜力。　　本论文针对天基高能脉冲激光清理空间碎片的机制与平台飞行接近碎片的轨道姿态控制问题展开研究，主要成果如下:　　确定了天基高能脉冲激光优先清理的空间碎片对象为低轨轨道(Low EarthOrbit，LEO)800～1000km高度和地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit，GEO)大于1cm的空间碎片，清理准则是通过离轨把碎片的近地点分别降低到500km高度和抬高至GEO以上200km的“坟墓轨道”，并研究了LEO和GEO碎片清理过程的设计问题，分别提出了一种设计方法，以改变碎片的近地点高度为目标，推导了天基激光作用和清理空间碎片的计算模型，建立了激光作用LEO和GEO碎片最佳角度的解析关系，证明了最佳角度下清理效果具有关于碎片椭圆轨道主轴对称的特性，以此为依据，优化设计了激光作用碎片的时机，使平台飞行时间与激光作用时间综合最省，极大减少了激光清理作用碎片的时间，提高了激光利用效率。以上研究，初步形成了天基高能脉冲激光清理空间碎片的机制。　　天基平台的推力类型分为连续推力和脉冲变轨两种，接近空间碎片的飞行过程一般划分为远距离调相与近距离导引两个阶段实施。对于连续推力天基平台，采用Gauss伪谱法将两阶段的轨迹优化分别转化成非线性规划问题，通过建立状态变量与时间变量的联接机制，重构成一个新的非线性规划问题，获得了整体的飞行轨迹优化解，可以避免人为指定阶段衔接点产生的偏差。对于脉冲变轨天基平台，难度之一是远距离调相阶段的轨道优化设计，由N次脉冲变轨拼接而成，N本身是一个未知待求的重要参数(N=2、3、4…)。本文提出了一种结合hp自适应伪谱法与主矢量理论的交互式规划方法，基于hp自适应伪谱法直接求解N次脉冲变轨机动，采用主矢量理论作为求解的最优性判断标准，从求解首末端N=2次脉冲机动开始，通过改变N次脉冲的施加时间或者增加新的脉冲机动，反复交互规划，确定N的取值，并最终获得脉冲变轨天基平台远距离接近的燃料最省飞行轨道。　　在近距离导引段，连续推力天基平台自主导航制导接近碎片，形成激光作用碎片的最佳角度，存在着相对碎片的轨道与姿态相互强耦合问题。本文建立了该耦合控制模型，包括耦合动力学以及保持连续观测、终端状态、安全距离、控制和状态变量幅值等约束条件，分别以飞行时间最短和燃料消耗最省为性能指标，采用hp自适应伪谱法进行寻优求解，并依据Pontryagin极小值原理推导了耦合控制方案的最优性内部结构标准，予以理论分析和验证，确保了求解结果的合理可行以及最优性。　　天基激光清理空间碎片的应用前景良好，近年来国际上的相关研究也基本发展到了机理分析层面。本论文采取方法研究结合仿真验证的思路，针对天基高能脉冲激光清理空间碎片方案，初步建立了清理机制，结合空间任务实际，优化设计了连续推力/脉冲变轨天基平台接近碎片飞行的轨道姿态控制，解决了工程中的难点，为后续的清理方案设计与研究提供了技术参考，具有一定的应用价值和实践意义。