随着近年来我国航天事业的快速发展，深空探测技术受到大家越来越多的关注。深空探测技术的研究对我国航天领域的持续发展有着非常重要的现实意义。与近地卫星轨道设计相比较，深空探测要复杂得多，深空探测从发射航天器到航天器被捕获的过程有很多种方式进行轨道设计。本文主要鉴于传统的霍曼转移探月方式需要消耗很大的能量，以增加科学负载，减少消耗为目标，采用低能转移方式来进行探月轨道设计。低能转移与传统圆锥曲线拼接法实现的转移相比，需要花费很长的时间，但是更少的能量，是典型以时间换取能量的代表。　　 低能转移轨道的优化设计是基于三体问题所确定的物理模型。三体问题所确定的动力学系统中的五个平动点是深空控测非常宝贵的资源，有着非常重要的应用价值。而我国对三体问题各个平动点附近的动力学形态的研究还处于初始阶段。本文主要研究了三体问题中三个共线平动点附近的周期轨道（包括lypapunov轨道与halo轨道），如何利用周期轨道附近的不变流形进行低能转移轨道设计，以及如何利用演化算法进行轨道能量优化的问题。　　 首先，本文首先介绍了圆型限制性三体问题(CR3BP)的物理模型，给出了研究限制性三体问题常用的两种坐标系统——质心旋转坐标系及质心惯性坐标系，并利用牛顿定理推导了圆型限制性三体问题的运动方程，然后将运动方程进行单位化，给出了单位化和标准化之间的转换关系。进而给出了限制性三体问题中五个平动点的计算方法及最后的计算结果，以及雅各比积分和零速度面的概念，并给出了不同雅各比积分值，航天器可达的区域。　　 然后，本文对限制性三体问题中的五个平动点的稳定性进行了分析，并推导了平动点附近的halo轨道Richardson三阶，及lyapunov轨道的一阶近似粗略初值。给出了如何利用微分校正粗略初值，得到精确初值的方法。然后利用不断迭代校正后得到的周期轨道精确初值与周期轨道的周期T，计算得到地月系统及日地系统平动点附近的周期轨道并进行仿真实验，进而分析了日地系统和地月系统中lyapunov轨道及halo轨道特征参数之间的关系。　　 进而，本文给出了如何计算共线平动点L2周期轨道附近不变流形的方法。详细说明了二维平面及三维空间中，日地系统质心旋转坐标系与地月系统质心旋转坐标系之间的转换。给出了庞加莱截面的概念，将地月系统的不变流形转换到日地质心旋转坐标系中，在庞加莱截面处与日地系统中的不变流形进行了拼接，进而说明了如何用庞加莱截面法进行地月低能转移轨道的设计，并给出了三维空间的地月低能转移轨道在日地质心旋转坐标及地球质心惯性坐标系中的仿真。　　 最后，本文给出了低能转移轨道的优化模型，即转移轨道的能量目标函数、时间目标函数及决策空间。介绍了本文用于轨道优化的演化算法，演化算法借鉴自然界中遗传与进化机制的一种优化算法，主要用来解决工程复杂性问题。本文分别采用四种演化算法对地月低能转移轨道进行了能量优化，进而给出了相互之间以及与霍曼转移相比较的结果。