中国未来几十年将要实施载人登月计划，这离不开测控通信系统的支持，而月球中继星座是整个测控通信系统不可或缺的一部分。月球中继星座是指建立在月球周围的卫星星座，利用该星座可对月球表面进行特定月球探测任务下无间断、无缝隙的覆盖。月球中继星座将主要为中国载人登月计划中处于地面测控系统无法覆盖到的测控盲区的环月飞行轨道器、月球背面或两极区域月面着陆器以及进行月面活动的航天员或探测车等提供导航定位、通信中继、测轨定轨服务。随着中国月球探测脚步的加快，各种任务需求日益增多。地面基站无法对月球表面进行无间断、无缝隙的覆盖，月球中继卫星星座的建立是中国以后月球探测、载人登月等工程的首要任务。针对于此，本论文进行专题研究，设计和分析月球中继星座，为中国载人登月计划的顺利完成提供必备的理论技术支持。研究月球中继星座的设计与评估方法，并在此基础上设计和评估月球中继星座，最后选出满足中国载人登月任务需求的最优星座。本文根据不同的任务需求建立了多种不同的月球中继卫星星座。从卫星受力模型、星座架构、覆盖性能、链路性能、星座布设、星座维持及星座成本等方面，对高轨、低轨绕月环行轨道和地月平动点轨道等不同的卫星轨道类型做了深入的理论研究和仿真分析。论文主要研究、设计、分析和评估了以下不同类型的月球中继星座：（1）月球南极覆盖中继星座：适用于月球南极区域载人登月任务，可满足在特定时间下对月球南极区域的环月飞行器以及月面探测单元提供连续覆盖的要求；（2）月球背面覆盖中继星座：适用于月球背面载人登月任务，可满足在特定时间下对月球背面区域的环月飞行器以及月面探测单元提供连续覆盖的要求；（3）全月面覆盖中继星座：适用于月面任意地点的载人登月任务，以较大规模建立月球中继星座，满足在任意时间对任意区域的环月飞行器以及月面探测单元提供连续覆盖的要求。通过设计满足上述不同任务需求的星座方案，并进行充分的分析和评估，选出了相应的最优方案，并为中国月球中继星座的建设提出了合理可行的建议。