● 摘要
随着空间技术的发展，基于小卫星技术的编队飞行概念逐渐受到重视。小卫星编队飞行可以完成某些大卫星无法或难以完成的任务，同时具有成本低、系统性能好、可靠性高以及适应性强等优势。然而，空间中摄动因素的作用常常会使编队构形逐渐发生变化，其中J2摄动是最主要的摄动源，所以在考虑以J2为主的摄动情况下对整个编队系统进行有效的构形控制是小卫星编队飞行实现其功能的重要前提和保证。本文以DFHConForm设计验证平台为背景，在姿轨控系统的基础上，设计和编写了卫星编队飞行的轨道预报、轨道机动、以及地面管理等仿真软件，对卫星编队飞行长期构形控制进行了研究，主要完成以下工作：首先，对编队卫星的相对运动分析进行了研究。该研究包括相对运行动力学方程的建立和求解，基于Hill方程的编队构形设计，构形设计的一般化方法，以及半长轴偏置的队形设计新方法。其次，结合空间摄动力对航天器在轨飞行的影响，设计相应的轨道控制策略。主要研究了近地卫星受大气和地球摄动影响下，卫星轨道的控制策略。并根据长期卫星构形保持的情况，对参考星进行了平面控制。最后，针对卫星编队飞行长期运行过程中不定期地进行轨道机动所需的大量人力和物力，设计了卫星编队飞行的地面自主操作平台，从而实现编队飞行的智能化操作和管理。