激光干涉仪空间天线(LISA)是欧空局和美国航天局合作用于探测从0.1 mHz到1 Hz低频引力波的航天项目，引力波的探测将通过在空间中的三个探测器之间使用激光干涉仪的高精度测距来实现。三个探测器计划于2018年前后发射，并于一年后进入引力波探测实验的绕日轨道。为了引力波探测的成功，保持三个探测器所组成星座的高度稳定性是至关重要的。本论文讨论了满足精度要求的引力波探测实验轨道的设计与优化，以及从地球停泊轨道进入实验轨道的发射段和分离段的轨道设计。　　 论文首先把LISA星座实验轨道设计问题模型化，量化实验轨道的要求得到价值函数，使寻找满足要求轨道的问题转化为在轨道根数空间内寻找价值函数的最小值点。给出了任意时刻下选取轨道优化初始点的规则，并证明了存在一个星座平面倾角值可以使得臂长的变化最小。　　 在共轨限制性三体问题的基础上，给出了星座质心的日心距和星座滞后地球角度的表达式，结论表明优化用初始轨道的选取对滞后角以后的演化具有决定作用，为下一步的轨道优化提供了重要理论依据。　　 使用数值方法对太阳系各天体的引力对探测器轨道的影响做了分析，从而简化了轨道设计时使用的数值计算模型，并在8阶Cowell-Zhang积分器的基础上推导了12阶积分器，在一定程度上提高了计算效率。　　 使用混合反应禁忌搜索算法从选取的优化初始轨道出发，在仿真模型下进行了轨道优化，找到了满足工程要求的实验轨道。介绍了使用的优化算法和程序结构，以2018年1月1日为起始历元给出了三组满足工程要求的实验轨道。　　 最后，对如何使探测器从地球停泊轨道进入引力波探测的实验轨道的发射做了讨论。使用二体模型下的解析方法分析了航天器发射与分离的各个环节所需的能量大小与飞行时间的关系；在考虑太阳和地球引力的模型下给出了发射轨道的初值，在仿真模型下进一步调整得到了实际可用的发射段与分离段轨道，给出了轨道设计实例。