题目：航天器编队整体机动动力学与策略研究

随着航天技术的发展，航天器的编队飞行越来越受到重视，单一大型卫星的功能由卫星编队协同实现。航天器编队的整体轨道机动技术使航天器编队技术的应用更加灵活，可为编队飞行、交会对接、在轨服务等相关技术的的发展提供服务。本文研究了多航天器编队的整体机动动力学。主要从轨道机动和编队保持两个方面进行分析。对比分析了航天器间相对运动的C-W微分方程及包含J2项摄动和参考中心星轨道要素的几何法相对运动状态转移方程，传统的C-W方程没有考虑参考轨道偏心率或摄动的影响，在远距离的编队转移过程中产生的误差很大。相对于C-W方程，对几何法的相对运动状态转移阵误差进行了仿真和分析。给出了航天器Hohmann变轨和Lambert转移问题的解法。基于C-W方程无摄动假设条件，分析了初始的相对轨道构形，给出了空间圆形编队和椭圆编队的闭合绕飞条件和相对轨道表达式。应用几何法模型分析了J2摄动影响下的圆轨道和椭圆轨道上的相对轨道构形。为了减小航天器编队在大椭圆转移轨道上偏离设计位置的误差，应用了遗传算法对绕飞初始条件进行了优化，但优化结果仍不能满足相对位置的许用误差。因此，基于误差盒概念设计了相对构形保持的脉冲控制律，给出了表达公式。使用优化方法对航天器编队远距离协同轨道机动策略进行优化设计，考虑航天器远距离协同轨道机动与编队队形保持的耦合，选择了适当的数值优化算法，优化指标为变轨燃料最少、编队保持燃料最少或变轨燃料、编队保持燃料和机动时间加权最小。利用多脉冲Lambert机动原理减小了编队机动的误差。研究了航天器编队异面轨道机动策略，引入队形调整机动过程，解决了异面机动瞬间带来的轨道坐标系旋转和队形发散问题。本文最后将STK的数据计算能力、三维生成显示能力与MATLAB的数值计算、数学仿真能力结合起来，对航天器编队整体机动的典型算例进行了分析，增强了仿真的可信度。通过STK对航天器编队整体机动过程的直观观察，本文设计的相对轨道保持控制和轨道机动策略可以满足任务的许用误差。