运营任务规划是实施空间站长期运营管理的关键技术。我国空间站即将在轨组建,为保障其长期在轨运营的安全性、稳定性,合理筹划大规模任务,最大化空间应用效益,亟需一套紧贴工程实际的空间站运营任务规划技术。本文面向工程需求,重点对空间站运营总体规划的用户需求可行性分析、在轨任务总体分配和后勤补给策略规划方法进行了研究。提出了一种基于偏好的快速多目标优化与决策方法,作为问题的基本求解引擎。主要的研究内容和研究成果包括:提出了一种基于偏好设计的快速多目标优化与决策方法。结合差分进化算子、物理规划、非支配分层排序法和边界交叉法等经典方法的主要特点与优势,提出了一种基于偏好的多目标进化算法,使决策者可通过定义体现其对多维优化期望偏好配比的参考向量高效地获得近最优决策解。基于多目标优化领域经典Benchmark测试问题集DTLZ验证所提出方法性能,采用一种经典高性能多目标进化算法NSGA-III与本文方法作比较分析。测试结果表明本文方法可在较小计算成本下稳定高效地搜索到贴近于决策者偏好的单个近最优解。提出了空间站总体运营需求可行性统筹分析与调整方法。首先,提出了描述任务、物资、飞船等主要需求对象的属性和联系的数学模型。为处理多元对象间的复杂约束关系,提出了基于分解的单个可行方案求解方法和基于评分的任务物资裁减策略。最后,提出了该问题的多目标优化模型和应用于多变量规模复合问题的进化策略。利用所提出的多目标决策算法对一个大规模需求统筹分析与调整问题算例进行了求解,结果显示所提出模型可有效化解问题中复杂约束并获得近最优需求调整方案,所提出的复合问题进化策略可显著提高优化效率。提出了空间站长期运营大规模在轨任务总体分配方法。构建了空间站长期运营任务总体分配的多目标优化模型,使分配方案中任务特性、任务执行对资源及物资的消耗或占用量在不同时段的分布尽量均衡。提出了一种基于预排序的分层分配策略,在保证优化准则不变的情况下降低目标函数维度。利用所提出的多目标决策算法对一个三年内具有3000项在轨任务的总体分配问题算例进行了求解,结果显示所提出模型可有效获得具备多属性均衡性的任务总体分配方案,所提出的规划策略可有效降低优化难度并提高优化效率和解的收敛性。提出了以在轨需求为牵引的空间站后勤补给规划方法。首先,提出了以在轨物资补给需求为依据的空间站后勤补给规划策略。其次,构建了基于本策略的后勤补给规划多目标优化模型。最后,分析了该问题中的复杂约束和传统约束化解方法,并提出了一种以先验方式化解复杂约束的启发式预规划策略。利用所提出的多目标决策算法对一个具有5000件需求物资的后勤规划问题算例进行了求解,结果显示所提出的规划模型可有效出具满足在轨需求的货船发射序列与物资装载方案,所提出的预规划策略可有效化解问题中的复杂约束并显著提高收敛效率。本论文研究面向我国空间站工程,成果为工程实际应用中运营任务规划软件的开发提供理论基础和技术支撑。