近年来,航天器集群化部署和协同完成空间任务,已经成为降低空间力量成本、增强空间力量生存能力和加快反应能力的重要方向。本文针对航天器集群松散相伴飞行和集群严格构形保持两个问题,结合航天动力学和控制理论,开展了相关研究。本文研究的主要内容以及取得的成果如下:一、从地球非球形带谐项摄动和大气阻力摄动的特点出发,研究了基于升交点赤经匹配的保持航天器间相对距离长期有界的初始条件,并进行了数值仿真,结果表明该初始条件可以实现航天器集群长期相伴飞行的目的。二、根据对航天器平均轨道摄动理论的分析,表明相对距离的变化趋势取决于两航天器平均轨道半长轴a之间的差值符号。通过匹配平均轨道根数,研究了通过改变平均轨道半长轴大小关系改变航天器间相对距离的变化趋势,实现长期相伴飞行的方法,并开展了数值仿真验证。三、研究了在J2摄动影响下,航天器轨道半径大小的变化范围,以此为出发点,介绍了两航天器间相对距离周期性变化的充分条件。在两航天器共赤道面的情况下,研究了施加单次冲量控制以实现相对距离长期有界的方法,极大减少了控制次数。四、针对集群严格构形控制,研究了虚拟弹簧阻尼网络方法。集群中的各航天器通过虚拟弹簧阻尼器相互连接,通过期望相对运动构形来设定虚拟弹簧的原长。利用线性动力学模型,假设拓扑结构连通且稳定,基于代数图论的理论知识对闭环控制系统的稳定性条件进行了分析。数值仿真表明,集群通过虚拟弹簧阻尼网络控制可有效建立并保持期望构形。