航天任务分析与设计是一项涉及多学科领域、多目标、多约束的复杂系统工程过程,系统耦合关联严重、参与人员众多、设计信息庞杂,以文档为中心的传统系统工程范式凸显出一定的困难,亟需探索新的系统工程方法。本文以基于模型的系统工程方法为主要研究对象,探讨了它在航天任务分析与设计中应用的相关问题。MBSE方法提供给系统工程师进行系统设计的丰富手段,本文研究了MBSE方法的基础知识和MBSE方法论的一般内容,以及Sys ML的基本知识。系统模型是MBSE方法的主要工件,将所有设计信息统一在一起。本文提出了一种面向Fire SAT任务的建模方法,在分析Fire SAT任务的投资者、用户等利益相关者的基础上,构建了Fire SAT任务的需求模型和用例场景模型,从需求模型和用例场景推导出Fire SAT任务的逻辑架构模型,并以此为基础构建了物理参考架构模型。这些模型紧密结合,共同组成Fire SAT任务的系统模型,它将为后面的成本估算、参数分析和物理架构方案优选提供支持。航天任务的全寿命周期成本是任务设计需要考虑的重要方面,它是任务寿命所有阶段各种组成要素的成本,因此全寿命周期成本的估算需要依据很全面的任务信息,系统模型提供这样一个信息平台。本文提出一种基于模型的Fire SAT任务成本估算方法,该方法在Fire SAT任务系统模型的基础上构建Excel成本模型和Sys ML成本分析模型,定义分析模型对架构模型的引用关系,通过两种模型的集成实现了对全寿命周期成本的估算。将估算值与SME参考书中的Fire SATⅡ任务成本估算值比较,证明了估算结果的有效性。将估算过程与传统方法比较,表明了该方法能提高工作效率,避免手动输入带来的错误。系统参数设计和物理架构方案优选也是航天任务设计需要考虑的重要方面,系统模型为它们提供了权威的信息来源。本文利用Fire SAT卫星总体参数约束关系,构建了卫星的轨道、载荷、电源等部分的Sys ML分析模型,实现了多分系统参数的解算,结果表明该方法参数模型能将更直观地展现参数约束关系,是参数建模和分析的有效手段。提出了一种从物理参考架构模型生成备选物理架构并进行方案优选的方法,并完成了对电源分系统物理架构的优选,应用结果表明该方法的过程清晰、明确、高效,证明了MBSE方法能够保证设计信息的直观性和可重用性,是航天任务分析和设计的有效方法。