航天器编队飞行技术是21世纪空间技术发展的新趋势,位于平动点附近的航天器编队由于其独特的轨道、动力学特征和空间环境,可实现若干新型的空间科学任务,进一步提升人类深空探测的能力。在美国宇航局(NASA)和欧空局(ESA)已经或正在开展的众多卫星编队飞行计划中,有相当一部分在太阳-地球(日-地)系统平动点附近展开。但是,此类任务存在自身亟待解决的问题,尤其是编队保持和重构以及克服平动点固有不稳定性需要消耗大量燃料。为此人们提出无燃料推进方法,如利用绳系卫星系统替代传统推进器来构成和维持编队系统,通过系绳展开／回收获得可变基线。基于日-地系统平动点附近绳系卫星编队技术,综合利用了绳系卫星系统和平动点附近编队的优势,在未来空间应用上具有巨大的潜力,同时也为科技界不断提出新的研究课题。目前的研究处于技术论证初级阶段,尚无一项具有专门应用背景的编队计划得到实施,因此我国有可能在该领域达到甚至领先于国际水平。绳系卫星系统动力学与控制的研究,通常都是针对近地开普勒轨道的绳系双星系统。虽然对多体绳系卫星系统也有一些文献讨论了其动力学与控制问题,但同样大多基于二体问题建模,且通常假设姿态运动和系统质心的轨道运动不耦合。与近地轨道绳系卫星的大量研究文献相比,目前基于平动点附近的绳系卫星动力学与控制的相关文献非常少。由于平动点轨道为高度非开普勒轨道,故不能简单套用近地轨道绳系卫星动力学与控制的现有结论。为解决当前本领域存在的一些突出问题,推动基于平动点附近绳系卫星动力学与控制的进一步发展,本文从力学基本原理出发,有针对性地建立数学模型,研究其基本动力学特性并发展相关控制方法,主要开展了以下几方面工作：(1)基于Hill限制性三体问题(HRTBP),考虑姿-轨耦合的前提下,应用拉格朗日方法建立日-地系统平动点附近多体绳系卫星编队系统的非线性耦合动力学模型,系统由位于中心的母卫星与n颗子卫星通过可变长度系绳连接成轮辐状。基于HRTBP,在能充分反映其姿-轨耦合的非线性特征的前提下,简化方程形式并降低问题的多尺度效应。由此得到的动力学方程组可用于静态编队和动态编队的动力学分析和控制器设计,包括具有绳长不变的留位阶段以及绳长可变的重构阶段。针对一种特殊稳定构型,求解静态编队系统处于留位阶段的平衡位置,并进行了线性化分析。部分分析结果与文献中类似工作进行了对比,验证了本文数学模型及结论的正确性。(2)针对母卫星非常接近平动点的绳系静态编队系统,利用完全非线性时变动力学方程作数值仿真,对各卫星具有相同初始位置的绳系编队和自由编队稳定性进行对比,并研究静态编队处于留位以及重构阶段的耦合动力学,通过改变相关参数分析其对系统动力学特性的影响。结果表明：平动点附近绳系编队比自由编队具有更好的稳定性,绳长和质量比的增大将引起母卫星更快地偏离其初始平衡位置,但其变化对编队姿态运动的影响很小；无论展开还是回收阶段,母卫星均偏离其初始平衡位置,且回收阶段母卫星偏移量较大,姿态运动在展开阶段基本稳定,回收阶段不稳定；母卫星相对平衡位置的偏移量、面内相对平衡位置的角偏移量和面内角速度随着系绳展开速率的增大而增大,但对于更快的展开速率,面外运动更快地趋于稳定。(3)针对母卫星位于较大Halo周期轨道的绳系动态编队系统,利用完全非线性时变动力学方程作数值仿真,研究动态编队处于留位以及重构阶段的耦合动力学,通过改变相关参数分析其对系统动力学特性的影响。结果表明：位于较大Halo轨道上的多体绳系卫星编队的自旋可使姿态运动更稳定,姿态运动受母卫星轨道高度和方向变化影响很小,轨道高度越小越有利于稳定,且Southern Halo轨道比Northern Halo轨道更有利于抑制系统的面外摆动；增加面内转速,不仅有利于系统姿态运动稳定性,对母卫星的轨道运动稳定性也有相应的提高；具有较小质量比的绳系编队具有更好的轨道和姿态稳定性；在一定范围内增加绳长,对姿态运动基本无影响。无论展开还是回收阶段,母卫星均偏离其名义轨道,但展开阶段母卫星偏移量更大；展开阶段不稳定,回收阶段基本稳定；针对具有不同系绳速率的展开阶段,降低系绳速率有利于降低面外摆角的变化幅度。(4)基于最优控制理论的非线性最优跟踪控制方法,即近似序列Riccati方程方法(ASRE),通过引入区段混合能矩阵和精细积分法,对ASRE进行精细求解,设计了平动点周期轨道的非线性留位控制器。采用平动点周期轨道的高精度数值解作为名义参考轨道,通过数值仿真验证控制算法的有效性。在相同参数下,比较本文方法与基于平动点线性化系统方程的LQR(Linear Quadratic Regulator)控制的控制效果,结果表明,本文非线性跟踪控制方法在控制较大平动点周期轨道中,具有跟踪精度高,节省燃料,减小计算时间等方面的优越性。航天器在有入轨误差存在的条件下仍能够准确跟踪参考轨道,且不需要很大的控制器推力和燃料消耗。最后,通过改变相关控制器参数,研究其对控制效果的影响,并对控制器相关参数的合理选择给出了相关建议。(5)基于本文的非线性最优跟踪控制方法,研究位于日-地系统L2点附近较大Halo周期轨道上的绳系动态编队的轨道控制问题,通过数值仿真得到不同条件下的控制轨迹、跟踪误差以及控制输入,结果表明,在考虑入轨误差和子卫星姿态运动扰动项的情况下,能够实现绳系卫星编队中的母卫星的留位控制,且控制所需小推力大小合理,总燃料消耗水平相对较低。