题目：小行星附近航天器的姿态动力学与姿轨耦合动力学研究

        本论文研究小行星附近航天器的姿态动力学、姿轨耦合动力学和姿轨一体化控制问题。

        首先，采用轨道姿态解耦假设，研究小行星静止轨道上刚体航天器的姿态动力学。基于线性化的姿态运动方程和高阶引力梯度力矩模型，求得平衡姿态并分析航天器对称性对平衡姿态的影响；分别基于线性化运动方程和非正则/广义哈密顿系统理论的能量-Casimir函数法，求取平衡姿态的稳定性条件，分析引力场球谐系数C20-C22对稳定区域的影响，得到与中心引力场情况完全不同的稳定区域，将经典的Lagrange区域和DeBra–Delp区域推广到非中心引力场；采用正则哈密顿系统理论和动力系统理论，研究姿态运动相空间的全局特性，揭示非中心引力场对姿态运动全局特性的显著影响。

        其次，在姿轨耦合动力学框架内采用非正则哈密顿系统理论研究了具有旋转椭球形状的小行星J2(J2=–C20)引力场中刚体航天器的运动。基于系统天然的辛结构，利用微分几何方法，获得系统的非正则哈密顿结构；进一步利用系统对称性，通过约化得到低维的非正则哈密顿系统；基于运动方程，得到系统平衡构型的条件及几何特性，求得了经典和非经典两种平衡构型，并分别讨论了其存在性；针对经典平衡构型，给出线性和非线性稳定性条件及各自的稳定区域，并讨论了航天器特征尺寸、轨道角速度和引力场球谐系数J2对稳定区域的影响；基于系统的非正则哈密顿结构，提出了一种采用势能成型、动量控制和能量耗散的姿轨一体化的平衡构型反馈控制律，并进行了数值仿真验证。

        最后，研究三轴椭球形状和不规则形状小行星的C20-C22引力场中航天器的姿轨耦合动力学问题。基于系统的平衡构型条件，通过分析平衡构型的几何特性，求得经典和非经典两种平衡构型，并分别讨论其存在性；针对经典平衡构型，采用非正则哈密顿系统理论，给出线性和非线性稳定性条件及各自的稳定区域，讨论了航天器特征尺寸、小行星自转角速度和引力场球谐系数C20-C22对稳定区域的影响，并讨论了姿轨解耦和姿轨耦合动力学的区别和联系，给出姿轨耦合效应的显著性判据；基于系统的非正则哈密顿结构，设计了采用势能成型和能量耗散的姿轨一体化平衡构型反馈控制律，并进行了数值仿真验证。