近年来，编队飞行技术作为未来任务的一项关键技术受到航天领域的极大关注。以美国为首的航天界权威美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）及欧洲各国都有很多在研或者未来的编队飞行任务，编队飞行的主要目的是通过对多个航天器的相对运动进行控制，从而使航天器间保持精确的空间构型并实现特定的任务功能，而空间相对导航技术是实现编队飞行的重要技术条件。

图1-6　ATV与国际空间站交会对接

2000年12月，美国“地球观测者”1号（EO-1）卫星发射入轨，并在随后的飞行过程中成功地与“陆地卫星”7号（LS-7）卫星进行编队，成功验证了两颗卫星组成的编队飞行技术。EO-1与LS-7卫星运行在存在升交点赤经差异的近圆轨道上，EO-1卫星落后LS-7卫星约1 min（450 km）形成沿轨道速度方向的双星静止编队，此时两星的星下点轨迹完全重合，双星静止编队十分有利于地球观测任务。两星先后对地面的相对区域进行成像，对图像进行比较，验证EO-1卫星先进的地面观测设备（图1-7）。

图1-7　EO-1卫星的结构外形

美国空军研究实验室于1998年提出的TechSat卫星21是编队飞行技术得以验证与应用的又一个卫星发展计划（图1-8）。该计划由8颗微小卫星组成，平均分布在一个圆形绕飞轨道上，以验证分布式卫星编队飞行技术的可行性，该分布式编队卫星形成一个虚拟的合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）。该分布式雷达卫星与单颗大雷达卫星相比，除了可以提供对地面目标高分辨率全天时全天候侦察信息外，还有以下优点：①识别地面移动目标，这个功能是单颗卫星无法实现的；②扩大成像区域的覆盖面积，编队飞行合成孔径雷达的小卫星地面成像宽度比单颗卫星大；③实现合成孔径雷达同时干涉成像，提取地面三维目标信息。

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图1-8　TechSat卫星21三星编队飞行示意图

早在1983年，欧洲航天局（European Space Agency，ESA）就采纳了法国科学家关于通过4颗卫星的编队飞行进行磁层空间探测的星簇计划，称为Clus⁃ter计划。ClusterⅡ由4个飞行器组成空间四面体编队队形，4个飞行器位于四面体的4个顶点，每两个飞行器之间的相对距离为100～20 000 km（图1-9）。ClusterⅡ已于2000年7—8月由俄罗斯“联盟”号运载火箭分两次成功发射。此计划引起了国际空间物理学界的高度关注，是划时代的科学探测计划。

由ESA和NASA共同承担的激光干涉仪空间天线（Laser Interferometer Space Antenna，LISA）计划，目的是探测空间由双星系统产生的重力波、对拥有强大能量的黑洞进行研究以验证爱因斯坦的广义相对论以及对早期宇宙进行探索等。LISA任务由三个飞行器组成，它们运行在以太阳为中心的轨道上。每个飞行器之间的相对距离为5 000 000 km。编队飞行的绕飞轨道平面与地球绕太阳运动的黄道平面间的夹角为60°，三个飞行器在空间形成等边三角形的编队队形（图1-10）。

图1-9　ClusterⅡ四面体编队飞行示意图

图1-10　LISA编队飞行示意图