利用火箭反推发动机制动减速方式来回收第一级火箭在技术上目前已被证明是可行的,同时可大大降低单次发射成本,经济价值非常巨大。火箭第一子级再入横跨高度范围广,再入期间发动机推力间断工作,轨迹控制中存在气动参数不确定、初始状态偏差以及外界干扰等因素影响,针对火箭第一子级再入的这些特点,本文对其相关的轨迹设计与制导律设计开展了研究与分析。首先,利用伪谱法对整个再入段进行了轨迹优化,以燃料消耗为性能指标,得到了满足过程约束、终端约束且燃料消耗最省的再入全程标准轨迹;其次,基于LQR方法对近地段进行了跟踪制导方法研究,仿真表明设计的制导律具有良好的鲁棒性,能够较好地跟踪标准轨迹;然后,对高空段运动特性进行了分析,研究了再入弹道参数对再入条件的敏感性,针对高空段干扰对落点偏差影响较大的问题提出了一种基于预测校正思想的落点控制算法,可有效控制落点到达预定区域;最后,综合前面研究工作,提出了火箭第一子级垂直回收的总体方案。本文对火箭第一子级从再入到垂直定点软着陆过程进行了研究分析,建立了再入运动模型,提出了总体制导方案,并对制导方法进行了仿真分析。以上工作可为我国在运载火箭子级回收方面的研究分析提供一定的参考。