航天器电磁编队飞行的动力学与控制特性研究

航天器电磁编队飞行是国际航天领域的一个新课题，动力学与控制问题是其理论研究的重点。与传统卫星编队飞行相比，电磁编队在动力学与控制方面有很多新问题和困难，并不能通过简单地推广传统编队飞行的研究方法和研究成果来解决。本项目通过动力学模型分析掌握航天器电磁编队的特性，在此基础上重点研究电磁编队队形保持与重构的控制、三维构形电磁编队的稳定性及相关非线性控制等，为未来的实际应用提供动力学与控制方面的理论依据、分析设计方法。项目完成后可以为将来利用电磁编队飞行实现高分辨率合成孔径光学系统，进行航天器交会与对接、在轨服务、清扫太空垃圾等空间任务提供重要的理论基础，并对工程实践具有重要的参考价值。

航天器电磁编队飞行是国际航天领域的一个新课题，动力学与控制问题是其理论研究的重点。与传统卫星编队飞行相比，电磁编队在动力学与控制方面有很多新问题和困难，并不能通过简单地推广传统编队飞行的研究方法和研究成果来解决。本项目首先应用若丹原理，考虑地球非球形引力、气动力和力矩、太阳光压力和力矩、重力梯度力矩、地磁力矩等摄动因素，建立了航天器电磁编队飞行精确动力学模型。通过动力学分析，掌握航天器电磁编队特性，推导电磁力的近场模型和远场模型及可操纵磁偶极子（SMD）的解析表达式，并给出三种电磁编队方案相关特点的初步分析。. 研究了近地航天器电磁编队的队形保持、队形重构、三维编队及姿态跟踪控制问题。考虑J2摄动、重力梯度力矩、地磁力矩和SMD间产生的附加电磁力矩，基于自适应控制和终端滑模技术，设计了自适应终端滑模控制器，并应用Lyapunov 理论，分析系统稳定性。针对两航天器电磁编队，引入SMD旋转坐标系,推导了SMD磁矩的解析表达式。针对多航天器三维编队飞行情况，提出均方差优化指标，应用遗传算法对SMD进行优化。采用SMD磁极周期切换的角动量管理策略，有效避免飞轮饱和效。根据SMD特性和敏感载荷磁防护的需要，研究了复杂航天器编队飞行的姿态控制问题。基于径向基函数神经网络和终端滑模技术，提出两种复杂航天器编队飞行多目标姿态快速跟踪鲁棒控制器。上述研究成果可为未来实际应用提供动力学与控制方面的理论依据、分析设计方法，也可为将来利用电磁编队飞行实现高分辨率合成孔径光学系统，进行航天器交会与对接、在轨服务、清扫太空垃圾等空间任务提供重要的理论基础，并对工程实践具有重要的参考价值。