摘要：针对基于CW(Clohessy-Wiltshire)方程所设计的空间引力波探测编队在二体非线性引力场下的臂长发散问题,提出了一种基于二阶CW方程的编队构形设计方法。推导了二阶CW方程的微分形式,利用摄动法得到了二阶CW方程的近似解析解,并以此为基础证明了完美空间圆形绕飞轨道的不存在性,分析了基于CW方程所设计的标称构形的发散原因;基于二阶CW方程与能量匹配周期条件以航天器相位角为优化变量构建了编队构形优化模型,建立了基于全局优化算法和模式搜索算法的多约束构形优化方法;以“太极”任务为背景对优化结果进行了仿真验证。仿真表明:所提出的优化方法能够将编队臂长的平均误差降低至0.32%、最大误差降低至0.44%。

摘要：基于人工势场法,研究了适应于空间障碍物真实结构的航天器集群避障运动控制问题。所建立的适应于空间障碍物形状的障碍物势场模型由基于距离度量的基本几何单元势场构成。然后为航天器集群设计了一种避障运动控制律,并对闭环系统稳定性以及避障效果进行了理论分析。最后通过具体的编队形成运动仿真案例,验证了控制律所能实现的状态跟踪和碰撞规避效果。本文设计的避障方法仅利用个体相对于邻近障碍物的位置和速度信息,适应于空间障碍物信息不完全已知的现实应用需求。

摘要：近地小型化引力波探测编队研制周期短、成本低,适合于引力波项目前期的关键技术验证,具有重要的工程应用价值。不同于深空环境,近地引力波编队受地球非球形引力摄动影响显著,星间距离易产生发散致使任务失败。因而相对于典型的深空引力波探测编队,近地引力波探测编队在无控状态下的自然稳定编队构型设计及其构型精确初始化是一个全新的轨道设计与控制问题。本研究以二体引力场下的轨道动力学和相对运动动力学为基础,对正三角形编队构型进行初步设计。再以构型长期稳定为目标,从摄动解析理论和智能优化的数值搜索方法对摄动条件下的自然稳定构型进行求解,为近地引力波探测编队提供了稳定的构型设计方案。最后,针对探测构型的精确初始化问题,探索了全局最优的微分校正策略,实现了近地引力波探测编队的高精度构建。

摘要：航天器编队构形设计是航天器编队飞行与控制首先要解决的问题。本文总结了空间引力波探测任务的正三角形编队设计方案,对3种典型的三角形编队构形生成机理进行了归类和比较分析。随后根据引力波探测原理,将三角形编队方案拓展到任意多边形编队方案,并给出了实现引力波探测器激光链路中转的多边形编队光路设计方法。在此基础上,给出了基于Clohessy-Wiltshire方程与周期匹配原理相结合的多边形编队设计方法,包括多边形框架编队与多边形网格编队两种全新编队类型。研究结果将为包括空间引力波探测在内的多种航天任务的编队构形设计提供理论基础。仿真结果表明,航天器编队构形设计方法设计出的编队臂长足够稳定,具有潜在的工程应用前景。

摘要：提出了一种面向月面紧急救援任务的多阶段轨道转移与定点着陆全程时间最优制导新方法。建立了包含4个阶段的月面紧急救援全程运动及动力学模型。在初轨转移段,设计了在月球非球形引力摄动下基于“预测+校正”的Lambert算法。在动力下降段,利用哈密尔顿函数设计了一种可在轨实时应用的时间次优显式制导律。针对多阶段全局时间最优制导问题,通过对全程各段建立允许控制集,采用动态规划法得到了全程时间最优的制导律。仿真结果表明该方法相比于分段最优控制方法优化效果更好,全过程用时更短,对未来载人月球探测过程可能出现的月面紧急救援任务具有重要意义。

摘要：针对近地轨道集群航天器电磁编队飞行的动力学和控制问题,提出了一种非线性反馈控制方法.基于电磁力模型和地磁场模型,分析了地磁场对近地轨道电磁编队的影响;建立了集群航天器电磁编队高精度相对轨道动力学模型;基于Lyapunov稳定性理论设计了一种非线性反馈控制律,利用该方法对两星电磁编队维持控制进行了仿真验证.仿真结果表明,地磁场引起的电磁干扰力可以忽略,但是电磁干扰力矩的影响必须考虑;近地轨道集群航天器电磁编队是可控的,所设计的控制方法是可行的.

摘要：空间引力波探测要求航天器以正三角形编队稳定运行,其形成方式与维持方法面临诸多挑战.对国内外已提出的三类正三角形编队方案进行了对比分析,总结和梳理了各类正三角形构形的内在形成机理,深入探讨了不同构形的摄动演化规律和稳定性条件,在此基础上提出了空间正三角形编队的初始化、保持与重构控制原理.研究结果将为空间引力波探测编队构形的设计与控制提供理论基础.

摘要：针对日趋重视的空间安全需求,提出了空间轨道博弈理论与体系,建立了空间飞行器轨道博弈的概念、原理和方法.完成了潜伏、伪装、追逃、拦截、防御、封锁、包围、附着、接管等9种轨道博弈类型的定义和分类,设计了轨道博弈任务的一般流程,探讨了基于人工智能、生物群体仿生智能等的轨道博弈问题求解框架.对空间非合作目标监视、接管、操控、维修、清除等轨道博弈任务的实施具有较好的指导意义.

摘要：研究了在仅有偏航姿态测量陀螺时,利用Drag-free卫星与其内部定向体间的相对状态观测值实现姿态确定的方法。针对Drag-free卫星的特点,建立了定向体的空间姿态观测模型和Drag-free卫星的姿态动力学方程,据此推导了用于姿态确定的Kalman滤波算法。为实现初始速率阻尼阶段Drag-free卫星的三轴姿态稳定,设计了模糊控制律。仿真结果验证了方法的有效性。