В настоящее время управление космическим аппаратом (КА) посредством только реактивных двигателей большой тяги (БТ) не позволяет доставить к планете-цели удовлетворительную массу полезного груза. Использование же лишь двигателей малой тяги (МТ) решает эту проблему, но при этом время ухода КА от Земли и торможения КА у планеты–цели становится недопустимо велико. Использование на КА комбинации двигателей БТ и МТ сочетает в себе достоинства как манёвров с БТ (малое время перелёта), так и манёвров с МТ (большая масса полезной нагрузки), позволяет избежать вышеуказанных недостатков и в итоге реализовать доставку необходимой полезной массы за приемлемое время. Данная проблема исследуется в работе на примере одной из актуальных задач изучения дальнего космоса — оптимизации экспедиции пространственного перелёта космического аппарата (КА) к Фобосу с возвращением к Земле, приуроченой к реальной, планируемой Российской Федерацией, миссии. Поставленную задачу удалось решить, построены конкретные траектории. Разработан программно-аппаратный комплекс. Описана методика построения экстремалей в подобных задачах с проведением сквозной оптимизации всей миссии. Представлены результаты расчётов, позволяющие судить о целесообразности использования комбинированного управления КА при помощи ДУ БТ и МТ в экспедиции к Фобосу. Рассмотрение сложных задач траекторной оптимизации, требующих для своего решения синтеза методов локальной и многоэкстремальной оптимизации, оптимального управления, космодинамики, механики космического полёта, небесной механики и численных методов, даёт значительный вклад в теорию решения таких задач.