由于引力波信号极其微弱，给空间引力波探测任务带来了极大的技术挑战，很多技术指标要求比现有水平高出好几个量级，因此在技术上难以一步到位，必须循序渐进、分步实施，需要通过技术试验卫星验证相关技术，待相关关键技术取得突破以后，再去研制能够在空间探测到引力波的卫星系统。为了 LISA 计划的顺利实施，欧洲历时 10 年研制了 LISA 探路者（LISA Pathfinder）技术验证星，于 2015 年 12 月成功发射，进入到绕日地 L2 点运行的轨道上完成了各项技术试验验证任务，开启了人类空间引力波探测的序幕，为 LISA项目的立项及工程研制提供了有力的支撑。国内的“太极”计划也安排了太极一号试验星的研制，并于 2019年 8 月发射入轨开展了相关技术试验。因此，对关键技术进行在轨验证是空间引力波探测计划实施不可或缺的一个重要环节。 对于应用于航天器上的精密测量技术，地面上的干扰因素比较多，尽管我们通过间接的测试加上一些仿真分析能够对相关指标做出一定的评价，但只有到轨道真实环境中才能得到更好的验证，这也是研制天琴一号卫星的初衷。天琴一号卫星担负的就是对空间引力波探测部分关键技术进行验证的使命，由中山大学、航天东方红卫星有限公司和华中科技大学联合论证提出，并于 2018 年 10 月获得了国家航天局的立项支持。天琴一号是“天琴”引力波探测计划技术试验验证的第一步，目的是构建空间高精度惯性基准，对无拖曳控制等空间引力波探测共性关键技术开展在轨验证。为达到这个目标，天琴一号卫星配置了高精度的惯性传感器和微牛级连续可调的推进系统，作为无拖曳控制系统的敏感器和执行机构，同时通过高稳定的温度控制、精准的质心控制，为无拖曳控制提供良好的环境保障。 天琴一号卫星是一颗低成本、短周期的微纳卫星，整星质量只有 103kg，采用搭载方式发射。卫星的平台电子产品基于航天东方红卫星有限公司经过多次在轨飞行验证的微纳卫星产品研制，根据任务需求进行一些适应性修改，在确保质量的前提下实现了短周期和低成本的目标；试验载荷则按照在轨试验任务目标，基于前期关键技术攻关成果和承研单位在相关领域多年的技术积累研制，也有效降低了研制风险。天琴一号卫星项目较好地实现了技术、成本、周期等方面的统筹兼顾，达到了预期的关键技术验证目的的同时，做到了既快又省。对于 1 颗 100kg 量级的微小卫星，又是搭载发射，各方面的约束条件比较苛刻，还不能有活动部件，给卫星设计和在轨试验都带来了很多难题。在研制过程中，项目团队根据任务的特殊性，平台和试验载荷一体化设计，不断优化卫星方案和在轨试验模式，以较小的代价获取了尽可能多的试验数据和成果，实现了较高的效费比。

轨道外热流是影响空间引力波探测卫星的重要因素之一。总结了日心轨道引力波探测卫星和地心轨道引力波探测卫星的β角和外热流变化，分析了外热流的变化特征。引力波卫星采用以被动热控为主，辅以主动热控的热设计原则，对整星和关键载荷 （如空间望远镜） 进行热设计，同时采取柔性支撑结构解决结构热变形问题，保证子结构尺寸的稳定性，最后介绍了空间引力波探测卫星热仿真分析。

为探测到 0. 1 mHz~1 Hz频段的引力波，天琴、LISA、太极等空间引力波探测器编队 （或星座） 需在几十万到几百万公里量级的臂长上，实现pm级精度的测量。因此直接作为星间干涉测量光路一部分的望远镜面临巨大的技术挑战。空间引力波探测望远镜有超高精度和超高稳定性的特点。本文以LISA引力波探测器望远镜为研究对象，根据星间激光干涉测量核心指标10 pm/ Hz1/2@0. 1 mHz~1 Hz的要求和引力波探测的实际需求，分析了望远镜的光学设计方案。在设计基础上，就材料选择、光学加工、装调及杂散光抑制等方面进行了分析和探讨，为后续望远镜的研制提供了参考依据。

针对空间引力波探测系统对超远距离编队动力学与控制技术提出的挑战，调研分析了空间引力波探测系统所涉及的动力学与控制技术国内外研究现状，包括：超远距离相对动力学、高稳定轨道设计、高精度构形初始化策略与控制、构形重构与维持以及多自由度协调控制等方面。在对相关领域国内外研究现状分析的基础上，提出了空间引力波探测系统在动力学与控制方面需重点解决的关键技术：超远距离编队构形发散机理建模与分析、高稳构形鲁棒优化设计理论与方法、有限机动能力约束下的高精度构形初始化和保持技术、非科学与故障模式下编队姿轨维持策略和多自由度协调控制等。

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