深空返回再入过程是载人深空飞行的一个非常重要环节，直接决定航天器和航天员能否安全返回着陆场区。该过程具有能量巨大、约束条件严格和回收困难等特点。所以论文工作基于再入轨迹的优化和制导来展开。首先，在几个简单的假设的前提下，根据牛顿第二定律建立起飞船在再入坐标系中的运动方程。针对计算机运算特点，将运动方程进行无因式化。模型的建立为后面的一系列工作奠定数学基础。同时为深空探测飞行器再入设计一种再入方案。然后，对再入过程的仿真发现可主要对一次再入段优化。进一步的分析表明，优化的重点可集中于对纵向剖面的优化。优化时先将带动态约束条件的优化问题转化为静态终端条件约束的优化问题，再使用序贯加权因子法（SWIFT）将该静态优化问题转化为非线性规划问题，最后，给出了简化模型的最优轨迹仿真。为实现对最优轨迹的跟踪，使用了标准制导律。在标准轨道制导律设计时，提出一种新方法来确定标准轨迹的落点。该法在进行标准轨迹设计时完全将纵向剖面轨迹设计和侧向剖面轨迹设计独立开,为设计工作带来了不小的便利。在求标准制导律的增益系数时，从线性二次型最优性能指标出发，解黎卡提方程求解最优反馈系数。对制导律进行有初始误差的仿真实验时，发现制导效果较差。据此，对制导律做相应的改进。对改进后的制导律进行Matlab仿真，发现跟踪效果良好。最后，针对二次再入段的特点，设计一种预测-校正制导律并进行仿真。在对再入方案的进一步分析后，进行再入全过程的Matlab仿真。