航天动力学，分布式空间系统，地月空间轨道设计

多天体引力场动力学与地月空间任务分析

地月空间正在成为人类空间空间活动的主要区域，当前已有不少国家在地月空间布局，如进行空间资源开发利用、为载人登火提供支持等。地月空间力学环境是多天体引力场的典型代表，对地月空间的开发和利用离不开对其动力学的深刻理解。近年来，课题组依托中国科学院重点部署项目等课题，以地月空间DRO轨道为切入点，系统开展了地月空间航天动力学应用基础研究与应用研究。目前负责“地月空间DRO探索研究”先导工程的轨道方案总体设计，相关科研成果已实现了工程应用。

主要研究方向：多天体引力场下的非线性轨道动力学、地月空间任务设计。

地月空间引力分布

地月空间DRO轨道

地月空间是航天动力学的新起点

航天器编队/集群

航天器编队飞行即多个航天器以分布式方式组成一个大的虚拟空间传感器/探测器。各个航天器构成一定的空间形状，通过星间通信协同工作，共同完成空间任务。航天器编队可用于对地遥感（SAR）、空间引力波探测（太极）等任务。

航天器集群是编队概念的拓展，其核心在于放松传统编队飞行中严苛的星间几何要求，旨在用低成本的微纳卫星协同实现复杂的空间任务。航天器集群可用于空间传感器网络或者具有较大不确定性的空间探测任务。

主要研究方向：分布式航天器系统设计与仿真、航天器编队先进控制方法。

星群构型转换C-S-U

卫星编队/集群飞行技术实验室

Collision-free tight formation experiment (CTFE)

内耦合航天器相对运动控制

利用星间静电、电磁作用实现航天器相对运动控制，具有工质消耗少、控制精度高等优势，然而此类相互作用属于系统内力，具有高度的耦合性和非线性。

主要研究方向：内耦合编队的动力学与控制、基于内耦合编队的新概念分布式航天器概念。

库仑力/静电力编队概念

使用星间静电力实现编队初始化（控制前自然轨迹 vs 控制后自然轨迹）

GEO卫星的在轨服务

GEO卫星是空间中最有价值的一类资产，为提高GEO卫星的生存能力，有必要对其进行在轨维护。同时，在轨服务技术还可以降低航天器研制成本，提高航天器研制效率。这方面的技术还可以用于空间碎片移除、在轨维修等商业等应用。

主要研究方向：近距离操作制导与规划算法。

绕飞过程对目标成像模拟

每年招收飞行器设计(082501)、计算机应用技术方向，博士/硕士研究生1~2名

长期招收飞行器设计、机械工程专业实习生

2002-09--2006-06   北京航空航天大学   飞行器设计 本科

2006-09--2012-06   北京航空航天大学   飞行器设计 博士

2012.11-2017.4, Technion – Israel Institute of Technology （以色列理工学院）, Asher Space Research Institute, Research Associate

2017.5至今 中国科学院空间应用工程与技术中心，副研究员，研究员

1. 中国科学院先导项目，DRO入轨与地月空间轨道设计，2022-2027

2. 中国科学院青年XX项目，2020-2022

3. 中国科学院重点部署项目，多天体引力场飞行力学与轨道设计软件，2019-2021

4. 军委科技委项目，集群航天器集结的防碰撞协同控制技术，2018-2019

5. 中国科学院先导项目，分布式空间探测系统高精度构型控制技术，2018-2019

6. 院所委托，集群构型最优控制算法，2019-2021

7. 院所委托，高轨道卫星高精度轨道外推，2017-2018

1. "Midcourse correction of Earth–Moon distant retrograde orbit transfer trajectories based on high-order state transition tensors", Astrodynamics, 2023

2. "Phasing analysis on DRO with impulsive maneuver", Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 2023

3. "Close relative motion on distant retrograde orbits", Chinese Journal of Aeronautics, 2023

4. "Performance analysis of impulsive station-keeping strategies for cis-lunar orbits with the ephemeris model", Acta Astronautica, 2022

5. "Pattern control for large-scale spacecraft swarms in elliptic orbits via density fields", Chinese Journal of Aeronautics, 2022

6. "Exploring more solutions for low-energy transfers to lunar distant retrograde orbits", Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 2022

7. "Transfers between NRHOs and DROs in the Earth-Moon system", Acta Astronautica , 2022

8. "Analysis of a neural-network-based adaptive controller for deep-space formation flying", Advances in Space Research , 2022

9. "An innovative superpolyhedron (SP) formation for multistatic SAR (M-SAR) interferometry", IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2021

10. Chihang Yang, Hao Zhang, Weichao Zhong. " Air-bearing Testbed of Spacecraft Formation: System  Description and Experiments", The Romanian Journal of Technical Sciences - Applied Mechanics, No.3, 2020, pp. 233-250

11. Ruikang Zhang, Yue Wang, Hao Zhang,  Chen Zhang.  "Planar Transfers from Distant Retrograde Orbits to Low Lunar Orbits", Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 2020, 132:41

12. Zhaohui Dang, Zhengxu Pan, Hao Zhou, Hao Zhang.  "Bounded Relative Motions Near Keplerian Orbits in Spherical Coordinates", Advances in Space Research, Vol.66, No. 11, 2020, 2654:2666

13. Xiaolong Zhu, Hao Zhang, and Yang Gao. “Correlations between the Scaling Factor and Fitness Values in Differential Evolution", IEEE Access, Vol. 8, 2020, pp. 32100 - 32120

14. Zhaohui Dang, Jianjun Luo, Peng Shi and Hao Zhang.“General Characteristics of the Motion On J2-Perturbed Equatorial Orbits", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol.42, No. 10, 2019，pp. 2319-2324

15. Chihang Yang, Hao Zhang, "Formation Flight Design for a LISA-like Gravitational Wave Observatory via Cascade Optimization", Astrodynamics, Vol. 3, No. 2, 2019, pp. 155-171.

16. Hongru Chen, Jiangkai Liu, Long Long, Zhenyu Xu, Yazhe Meng, and Hao Zhang. "Lunar Far Side Positioning enabled by a CubeSat System deployed in an Earth-moon Halo Orbit", Advances in Space Research，Vol.64, No.1, 2019, pp.28-41.

17. Yazhe Meng, Hao Zhang, Yang Gao, "Low-Thrust Minimum-Fuel Trajectory Optimization Using Multiple Shooting Augmented by  Analytical Derivatives", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 42, No. 3, 2019, pp. 662-677.

18. Hao Zhang and Pini Gurfil, "Cooperative Orbital Control of Multiple Satellites via Consensus",   IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 54, No. 5, 2018, pp. 2171-2188.

19. Zhaohui Dang, Hao Zhang, "Linearized Relative Motion Equations through Orbital Element Differences for General Keplerian Orbits",  Astrodynamics, Vol. 2, No. 3, 2018, pp 201–215.

20. C. Zhang, J. Jin, H. Zhang and T. Li, "Spectral Coexistence between LEO and GEO Satellites by Optimizing Direction Normal of Phased Array Antennas",  China Communications, Vol. 15, No. 6, 2018, pp. 18-27.

21. Hao Zhang and Pini Gurfil, "Distributed Control for Satellite Cluster Flight Under Different Communication Topologies", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 39, No. 3, 2016, pp. 617-627.

22. Hao Zhang, Pini Gurfil, "Satellite Cluster Flight Using On-off Cyclic Control",  Acta Astronautica, Vol. 106, 2015, pp. 1-12.

23. Changxuan Wen, Hao Zhang, and Pini Gurfil.  "Orbit Injection Considerations for Cluster Flight of Nanosatellites", Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 52, No. 1, 2015, pp. 196-208.

24. Hao Zhang and Pini Gurfil.  "Nanosatellite Cluster Keeping Under Thrust Uncertainties", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 37, No. 5, 2014, pp. 1406-1414.

25. Changxuan Wen, Yushan Zhao, Peng Shi, and Hao Zhang.  "Orbital Accessibility Problem for Spacecraft with a Single Impulse", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 37, No. 44, 2014, pp. 1260-1271.

26. Hao Zhang, Yushan Zhao and Peng Shi. "Active Stabilization of a Two-satellite Tether in Elliptic Orbits Using Coulomb forces",  Applied Mechanics and Materials, Vol. 110, 2012, pp. 4537-4543

27. Xiucong Sun, Hao Zhang, Pei Chen, Chao Han. "On the Feasibility of Orbit Determination from Gravity Gradient Invariants",  IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems (TAES), Vol.57,  No.1, 2021, pp. 263-277

28. Yanyan Zhang, Hao Zhang, et.al. "An Innovative Super-Polyhedron (SP) Formation for Multistatic SAR (M-SAR) Interferometry", IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,  2021, Early Access

29. Chihang Yang, Hao Zhang, Weida Fu. "Pattern Control for Large-scale Spacecraft Swarms in Elliptic Orbits via Density Fields", Chinese Journal of Aeronautics, 2021, Early Access

30. Chihang Yang, Hao Zhang, Gao Yang . "Analysis of a Neural-network-based Adaptive Controller for Deep-space Formation Flying", Advances in Space Research, 2021, Volume 68, Issue 1, 1 July 2021, Pages 54-70

31. Yue Wang, Ruikang Zhanga, Chen Zhang, Hao Zhang. "Transfers between NRHOs and DROs in the Earth-Moon system", Acta Astronautica, Volume 186, September 2021, Pages 60-73

中文文章

1.  杨驰航, 刘江凯, 龙龙,  宋欢,  李龙, 朱凌超,  叶炳旭,  陈泓儒, 张皓.  "月球立方星姿态控制系统的初步设计与测试", 中国空间科学技术, 2019, 39(4):28-35.

2. 张亚博，师鹏，张皓，赵育善. "电磁航天器编队悬停鲁棒协同控制方法". 北京航空航天大学学报, 2019, 45(2): 388-397.

3. 张皓, 师鹏, 李保军, 赵育善.  "利用库仑力实现悬停轨道的新方法研究".  宇航学报, 2012, 33(1): 68-75.

4. 张皓, 师鹏, 赵育善, 李保军. "常值径向推力下的飞行器运动轨迹". 北京航空航天大学学报, 2012, 38(4): 551-556.

5. 李保军,师鹏,张皓,赵育善. "卫星编队队形重构中的模型选择". 宇航学报, 2010, 31(09):2101-2107.

6. 李保军,师鹏,张皓,赵育善. "卫星编队的多脉冲队形重构方法". 北京航空航天大学学报, 2009,35(08):950-952,961

7. 符弘岚, 张皓, 高扬. “基于可靠性分析的立方星网络维护架构优化”, 航空学报,  2020, 41(7): 323696-323696.

8. 陈冠华, 杨驰航, 张晨；张皓. “地月空间的远距离逆行轨道族及其分岔研究”, 北京航空航天大学学报,  2021, 在线出版

部分论文的全文见researchgate页面： https://www.researchgate.net/profile/Hao_Zhang151

谷歌学术页面：http://scholar.google.com/citations?user=V-lItn0AAAAJ&hl=en

1. 符弘岚, 张皓. 大幅值逆行轨道附近相对运动模型对比分析,  中国宇航学会深空探测技术专委会第17届学术年会, 2020

2. 孙洋, 张皓, 高扬. 地基光电系统监测月球附近空间目标的可行性分析,  中国宇航学会深空探测技术专委会第17届学术年会, 2020

3. 陈琳,张皓. "木星系统探测任务调查--任务分析与系统设计", 第一届中国空间科学大会, 厦门,2019

4. Chen Zhang, Chihang Yang, Hao Zhang, Renyong Zhang, Hao Peng, Yang Gao. "Settlers of the Galaxy: The CSU solution to GTOCX", 2019 AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference, Portland, ME, USA, 2019

5. Fu H, Zhang H, Gao Y. Maintenance Architecture Optimization of a Distributed CubeSat Network Based on Parametric Model. In INFORMS International Conference on Service Science , 2019,  Jun 27 (pp. 341-354). Springer

6. C Yang, H Zhang. Density-based Pattern Control for Spacecraft Swarms Around Circular Orbits, 38th Chinese Control Conference (CCC2019), Guangzhou, China, 2019

7. B Lei, P Shi, H Zhang, Y Zhao. Attitude Tracking LPV Control for Spacecraft with Hybrid Actuators, 38th Chinese Control Conference (CCC2019), Guangzhou, China, 2019

8. H Zhang, C Peng. A Control Theoretical Analysis of Formation Flight with Inter-satellite Lorentz Forces, 27th International Symposium on Space Flight Dynamics (ISSFD), Melbourne, Australia, 2019

9. C Yang, H Zhang, Y Gao. An Analysis of the Formation Flight for a LISA-like Gravitational Wave Observatory, 4th IAA Conference on Dynamics and Control of Space Systems (DyCoSS), Changsha, China, 2018

10. H Zhang, P Gurfil. Cooperative control of multiple satellites via consensus, 24th Mediterranean Conference on Control and Automation (MED), Athens, Greece, 2016 

11. H Zhang, P Gurfil. Nonlinear Lyapunov-based cooperative control for multiple satellites, International Astronautical Congress, International Astronautical Congress, Jerusalem Israel, 2015 

12. M Jashinski, P Gurfil, H Zhang. Development of satellite cluster flight algorithms under thrusting errors, International Astronautical Congress, Jerusalem Israel, 2015 

13. S Zhao, Y Li, X Jin, J Zhang, H Zhang. Optimal Station Keeping by Electric Propulsion in Failure Mode, International Astronautical Congress, Jerusalem Israel, 2015 

14. M Schlotterer, E Edlerman, F Fumenti, P Gurfil, S Theil, H Zhang, On-ground Testing of Autonomous Guidance for Multiple Satellites in a Cluster, 8th International Workshop on Satellite Constellations and Formation Flying, 2015 

15. H Zhang, P Gurfil. Satellite cluster flight using fixed-magnitude cyclic control, 54th Israel Annual Conference on Aerospace Sciences, 2014 

16. H Zhang, Y Zhao, P Shi, B Li. Two-point boundary value problem of the relative motion, Advances in the Astronautical Sciences 143, 629-643

17. 张皓, 李保军, 赵育善. 常值径向推力下飞行器运动的可行域研究. 空间操作自主控制专题研讨会, 长沙,国防科技大学, 2009, 509-516

    
    

审稿人

中文期刊：宇航学报、中国科学、中国空间科学技术

外文期刊：Acta Astronautica; Advances in Space Research；Astrodynamics; CEAS Space Journal;

Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy;  Chinese Journal of Aeronautics;  

IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems;

Journal of Guidance, Control, and Dynamics; 

Nonlinear Dynamics; 

Part G: Journal of Aerospace Engineering;

Swarm and Evolutionary Computation;

Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences

研究生在读

1. 朱小龙，博士研究生，计算机应用技术，联合指导， 2014-2020

2. 杨驰航，博士研究生， 计算机应用技术，联合指导，2016-

3. 符弘岚，博士研究生， 计算机应用技术，联合指导，2017-

4. 陈冠华，硕士研究生，飞行器设计，2018-

5. 孙洋，博士研究生，计算机应用技术，联合指导， 2019-

6. 陈琳，硕士研究生，飞行器设计，2019-

7. 吴丽君，硕士研究生，飞行器设计，2019-

毕业研究生

1. 孟雅哲，博士研究生，计算机应用技术，联合指导，目前就职于502所

实习生

1. 叶炳旭，机械工程，2017

2. 任超，机械工程，2017

3. 张亚博，飞行器设计，2018

4. 程凯，机械工程，2018

1. 数值计算

CPU服务器若干，核心数量>100，单核主频>2 GHz;

GPU服务器若干，Nvidia 显卡 Titan V*4，Tesla*2

2. 编队GNC验证平台

高精度气浮集群模拟系统1套；

ROS机器人平台若干，型号Turtlebot3 Burgur/Waffle

3. 卫星模拟器

桌面卫星模拟器、立方星