人类空间活动愈加频繁,极大程度地推动着世界各国的航天事业,但与此同时造成一系列的空间问题,其中较为严峻的一个问题就是空间碎片问题。当前,地球周围分布着几个密度较大的碎片层。碎片在其轨道上围绕地球高速运行,严重威胁着在轨航天器的安全。主要体现在:击穿在轨航天器;破坏内部结构以及迫使航天器被动变轨等。近年来,碎片击中航天器的事件频发,而每次事件都将形成更多新的碎片,使得空间环境进一步恶化。对于空间碎片的捕捉而言,如果在一次飞行任务中只对一个碎片进行捕捉,成本过于昂贵,出于经济的考虑,航天器往往要在一定时间内进行多个空间碎片的捕捉。目前实际问题当中脉冲机动方式应用相对较多。脉冲推力能够解决大多数空间问题,但脉冲推力机动进行轨道优化通常情况下对航天器的飞行时间没有限制。对于部分具有重要军事作用的航天器,需要在极短时间内开辟出一条可供运行的轨道,在这种情况下,需要对该轨道上的碎片进行快速清理,脉冲推力机动往往难以达到"快速清理"的目标,因此,本文基于"快速清理"的课题背景,主要考虑空间多碎片的快速捕捉回收问题,建立连续推力下的轨道动力学模型,给出相应的最优控制原理方程,利用庞德里亚金原理进行方向控制,配点法进行推滑段设置,并提出内外层双层优化模型,内层基于主被动交会,针对不同碎片轨道初始参数,制定不同的交会策略,求出不同的消耗矩阵;外层优化是在内层优化结果的基础上进行的,选取旅行商问题规划方法,并通过粒子群算法来确定碎片的捕捉顺序,从而规划出一条燃料最省的捕捉路径。在确定最优路径后,再按照最优路径采取差分粒子群法串联序列二次规划法的组合算法进行实际捕捉,最终确定多碎片快速捕捉的最优路径。在此基础上初步探究碎片质量对于捕捉顺序和轨道优化的影响。最后对COSMOS碎片群实例进行初探,在该碎片群中随即选取10组碎片参数,并对其进行路径规划。本文旨在实现空间多碎片快速捕捉,通过建立优化计算模型,选取合适算法,以及分组计算,得到优化结果。结果表明:利用内外层双层优化模型能够成功对空间碎片快速捕捉轨道进行优化设计,且优化结果稳定性和可信性较高。碎片质量对于燃料消耗具有一定影响,对于待捕捉碎片质量和捕捉航天器质量处于同一量级上,且各碎片质量差异较大的情况下,必须要考虑碎片质量的因素。