深空撞击器可侵入小行星内部获取天体浅表相关信息,为可能出现的小行星撞击地球这一情况提供防范依据,还可分析小行星运动规律等问题,是目前航天活动中的研究热点之一。撞击器既要满足一定的侵彻深度要求和强度要求,在结构设计时还需保证具有足够的内腔容积与抗高过载能力。本文设计了一种撞击器结构并进行了优化,同时研究了撞击器的侵彻特性,对撞击器后续方案设计具有重要参考价值。本文主要研究内容和结论如下:（1）基于深空探测总体方案要求的主要技术指标设计了一种撞击器结构,确定了撞击器结构参数与材料参数,利用显式动力分析有限元程序ANSYS/LS-DYNA建立了撞击器侵彻数值模型,分析了撞击器运动特性以及壳体强度,奠定了撞击器结构优化的基础。（2）基于空腔膨胀理论建立了撞击器垂直侵彻理论模型,并结合Sobol指数法对撞击器外形参数进行了敏感性分析,得到了关于撞击器过载峰值、内腔容积以及质量的敏感参数。借助代理模型技术优化了撞击器外形,最终得到使撞击器具有最大内腔容积和最小侵彻过载峰值的外形尺寸。（3）采用数值模拟的方法,建立了优化后撞击器的斜侵彻模型,系统研究了倾角和攻角对侵彻轨迹、深度、过载、壳体强度的影响规律以及初速对撞击器侵彻深度和过载峰值的影响规律。（4）设计了撞击器地面侵彻靶标试验方案,并开展了撞击器地面侵彻试验,得到了撞击器的入射现象。将试验与数值模拟结果进行了对比,互证了两者的准确性。