近些年来,多个国家组织开展了长期的空间碎片观测、编目、预测、建模等研究工作,取得很大进展。目前已知的几种空间碎片工程模型研究的都是球形碎片,未考虑姿态,对非球形空间碎片姿态的研究有助于提高模型精度。非球形空间碎片以不同姿态撞击航天器防护屏,对防护屏损伤情况可能不同,对空间碎片姿态的分析也有助于提高防护设计的可靠性。本文以低轨道（400km）空间环境为背景,以拼接长方体模型为基础,通过理论计算和仿真,展示了低轨空间碎片长期演变特征。主要内容包括空间碎片姿态动力学模型及气动力矩模型构建、拼接长方体空间碎片稳态情况分析、拼接长方体空间碎片稳态时姿态指向研究与空间碎片姿态演化仿真分析四个部分。取得了以下成果:首先构建了拼接长方体空间碎片气动力矩模型以及姿态动力学模型。当大气与拼接长方体空间碎片接触时,将大气速度投影到拼接长方体空间碎片三个面上,计算三个面所受的气动力和气动力矩,进而构建了气动力矩模型;姿态动力学模型则主要从空间碎片运动学模型和动力学模型方面进行了构建。然后通过能量衰减假设推导了拼接长方体空间碎片稳态特征,研究了拼接长方体空间碎片姿态的稳态情况并估算得到了在所给工况下拼接长方体空间碎片稳态不能在轨道衰减过程中达到。接着对一般形状拼接长方体空间碎片和侧轴对称拼接长方体空间碎片在稳态情况下姿态指向进行了研究。侧轴对称拼接长方体空间碎片还存在其他情况:当主导空间碎片姿态的是初始角速度时,空间碎片会绕轴旋转,分析了在此种情况时空间碎片围绕初始角速度形成的稳态特征。最后研究了空间碎片姿态影响因素对空间碎片姿态运动的影响。对空间碎片角速度与姿态角进行了求解并通过旋转长方体空间碎片模型对程序进行了验证;通过改变空间碎片密度比值从而调整空间碎片质心位置并进一步影响气动力矩大小,从而分析了密度比值对空间碎片姿态运动的影响,同时也数值仿真分析了初始角速度和空间碎片尺寸比值对于长方体姿态运动的影响;并进一步分析了空间碎片姿态影响因素对薄板和针状空间碎片姿态运动的影响。