多学科设计优化是一种新兴的设计优化方法，主要用于解决大规模复杂工程系统的设计问题。由于其优越的计算性能，在国外航空航天设计领域已经占据相。当重要的地位。协作优化就是一种多学科优化方法，它适用于多学科分析环境，尤其适用于大型分布式分析问题。当应用于多学科设计环境时，协作优化方法目对传统优化方法有几大优点：减少了学科间信息传递的数量；免去了大的迭代循环；允许在不同学科分析模块中应用不同子空间优化器；可以在不同设备上并行运行；结构框架适用于传统学科组织形式；允许各学科专家最大限度地参与学科分析和设计。本文对协作优化方法进行了深入地讨论，并且对其在重复使用运载火箭设计优化中的应用进行了有益的尝试。 本文的主要工作包括： 1．阐述了协作优化方法的发展，给出其框架及数学表达，利用数学算例验证方法的可行性。针对协作优化方法的计算困难，提出了两点改进思路。 2．以我国ZN—1气象火箭为模型，验证协作优化方法在航空航天领域中的可行性，进一步证明其应用潜力。 3．建立气动、弹道、质量及发动机模块化分析模型，并在其基础上初步选定两级重复使用运载器的设计参数。 4．建立重复使用运载火箭协作优化设计框架，结合各学科分析模型，实现两级重复使用运载器的优化设计计算。