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采用间接法，以总气动热载荷最小为优化目标，对Apollo型飞行器的月球返回再人轨迹进行优化，同时考虑关于热流密度的二阶状态变量约束。为了克服基于解决多点边值问题的打靶算法的收敛域小，难以猜测初值以及需预先知道约束结构的难点，提出一种结合自动判断约束结构和初始化对应打靶方程技术的同伦方法．将一个较简单的无状态约束最优控制问题逐渐过渡到需解决有约束的最优控制问题以完成轨迹优化求解．数值算例表明，使用该同伦方法可以有效地满足月球返回飞行器最优初始再入段的状态变量约束．