重力场测量纯引力轨道构造方法研究

重力场的精确测量是大地测量学、地球物理学、海洋学等学科研究的重要支撑，对提高我国掌握的全球重力场模型和大地水准面精度，具有重大的科学意义和工程应用价值；基于重力测量技术的引力探测是基础物理研究的前沿方向。申请人通过前期预先研究，提出了"内编队"卫星重力测量系统概念及方法，通过构造空间飞行器的纯引力轨道实现对重力场的测量。内编队由内外卫星共同组成，内卫星在外卫星的腔体内飞行，不受大气阻力、太阳光压等非保守力的影响，可沿纯引力轨道运行，从而实现对重力场的探测。本项目将通过对内外卫星相互作用机理、内卫星与空间环境相互作用机理、内编队控制方法的研究，突破纯引力轨道构造过程中的基本理论问题，提出进一步抑制内卫星残余非引力干扰、改善纯引力轨道品质的方法，为空间飞行器纯引力轨道飞行的工程应用奠定理论基础。.项目研究成果可为我国重力场测量卫星系统提供解决方案，为将来开展空间基础物理探测奠定基础。

纯引力轨道构造是基于内编队的重力场测量系统的核心技术，对提高重力场测量精度有着至关重要的作用，同时可应用到引力探测等基础物理的研究中。针对重力测量纯引力轨道构造问题开展了系统深入的研究。首先，建立了重力场测量性能的数值模拟方法和解析分析方法，确定了重力场测量任务对内卫星纯引力轨道构造的指标要求。其次，分析了影响内卫星纯引力轨道构造的主要干扰因素，建立了外卫星万有引力干扰、内卫星热噪声、内卫星电磁干扰、宇宙射线撞击、光压干扰的数学模型，提出了外卫星万有引力干扰和内卫星热噪声的抑制措施，使其满足重力测量任务的指标要求。最后，提出了基于μ综合的内编队系统鲁棒控制方法，可以有效地克服模型不确定性、系统扰动和噪声的影响，实现了内外卫星的跟踪保持，确保了内卫星的纯引力轨道飞行。项目研究成果为我国重力场测量卫星系统提供了解决方案，为将来空间基础物理探测的开展奠定了理论基础。