本项目属航天器控制技术领域。

    随着人类对空间碎片数量的增加，空间碎片数量呈指数型增长，对进一步进入和利用空间造成了巨大威胁。空间碎片清除已成为当前全世界共同面临的迫切需求。应用微纳卫星开展主动碎片清除是解决该问题的有效途径，已成为各航天大国的共识。其过程中面临空间碎片的复杂几何与运动特性、空间光照的强时变与强干扰、抓捕过程时变非线性耦合动力学、微纳卫星的质量功耗等资源严重受限等挑战难题，使得翻滚碎片自主逼近与捕获的相对测量与导航、捕获过程动力学与控制成为关系任务成败的核心技术难题，也因此成为航天领域内的前沿课题。

    在多项国家计划与基金支持下，本项目组在面向碎片清除的微纳航天器灵巧控制技术方面取得的多项首创发明成果如下：

    1) 翻滚目标宽量程自适应视觉测量与导航技术

    微纳卫星对空间碎片的抓捕过程中，资源受限、目标翻滚、光照多变，使得远距离导航无法测距，超近距离导航盲区范围过大，立体视觉测量目标特征易丢失。针对上述问题，发明了可观度增强的仅测角相对导航方法、多目复合宽量程立体视觉测量方法、翻滚目标鲁棒特征跟踪与导航技术，可测目标翻滚角速度达到3°/s，自适应视觉测量与导航范围扩展到15km-0.2m、复合视觉导航敏感器仅重285g。

    2) 翻滚目标逼近与交会的姿轨耦合控制方法

    空间翻滚目标的逼近与交会，面临动力学的复杂耦合、安全路径的动态强时变、相对测量与干扰的强不确定性等问题。针对上述问题，发明了相对运动摄动描述与安全轨迹间接优化方法、动态预测安全接近与姿轨耦合跟踪鲁棒控制方法，形成了针对3°/s翻滚碎片逼近与跟踪的安全轨迹快速规划、厘米级高精度强鲁棒姿轨同步控制能力。

    3) 支持自主模型重建的抓捕组合体控制技术

    组合体质量特性变化快、连接间隙非线性、刚柔耦合复杂，固定构型的多刚体动力学建模方法无法建立组合体精确模型。针对组合体拓扑关系的复杂性，发现了机构基因提取/变异/注入与控制模型重构间映射规律，提出了完善的拓扑描述理论，阐明了变连接时空演化机理，建立了基于遗传变胞理论和开闭链混合系统动力学模型，在保证精度前提下解算效率提高30%。

    4) 微纳高集成惯性测量与控制执行技术

    针对微纳卫星姿轨敏感器与执行机构面临的严重资源约束和高效能需求之间的矛盾，发明了多源融合估计与补偿的MEMS测量组合、低扰动高集成三轴微飞轮、高能效空心磁力矩器与姿态磁控方法，同等精度与输出能力下，质量、功耗大幅降低，显著提升了微纳航天器的姿控能力和集成水平。

    在理论研究方面，本成果共获得授权国家发明专利31项；软件著作权3项；在国际顶级期刊与会议上发表论文109篇，其中：SCI索引52篇，EI索引55篇，ESI数据库热点论文1篇，ESI数据库高被引论文3篇，被SCI他引721次，Google Scholar他引1008次,1篇高被引论文两次被美国专业教材引用；出版学术专著3部；形成了成套核心技术成果，其中翻滚碎片自主逼近与捕获的相对测量与控制技术理论成果达到国际先进水平。

    在工程应用方面，研究的成果中多源融合MEMS测量组合样机先后成功应用于我国重大型号遥感卫星二十二号、二十七号主任务中，实现角速度、加速度、磁场强度的多源融合测量，有效验证了应用可行性与先进性，为微纳航天器惯性测量提供了高集成产品支撑。研究的成果中三轴集成微飞轮样机成功应用于我国首颗AIS商用卫星"和德一号"任务中，先后通过了全部单机、系统、整星测试与试验考核，大幅提升了"精致"微纳卫星平台的GNC分系统集成度，增强了卫星平台的载荷承载能力。

    此外，在TW-1试验验证飞行器、即将发射的NS-1网络微小飞行器、灵巧视频星任务中整体应用，大幅提升了我国微纳航天器的操控能力、信息处理、集成水平和承载能力；在U650全球首款水陆两用无人机、直升机主动防护系统、弹道修正引信等跨行业、跨领域的多个系统中成功应用，大幅提升了资源受限下的精确自主测量与控制能力。该成果的经济和社会效益显著，具有广阔的应用前景。