引力波 (GW) 是“时空中的涟漪”。引力波 (GW) 的探测对于理解恒星、星系和宇宙的起源和演化至关重要。目前最常用的检测引力波的技术是激光干涉技术，它通过测量两束相干光之间的相位变化。由于臂长的限制，地基引力波测量很难检测到低频引力波。虽然基于天基的 GWs 观测能够使用更长的干涉仪臂长，但预计在空间中检测 GWs 将覆盖更多数量和种类的 GWs 源。天基引力波观测站的构型设计和稳定性控制是实现引力波空间探测的关键因素之一。在最近发表于北京理工大学航天工程学院空间：科学与技术、董乔等总结分析了天基引力波天文台轨道力学方面的研究进展。
首先，作者介绍了天基引力波探测的原理和建议的引力波天文台。目前，天基激光干涉引力波天文台提出了几种任务构想，其配置可分为三类。(1) 天基引力波观测站的地心配置，在高地球轨道上形成一个大星座，星座配置的平面法线指向目标引力波源的方向。一个典型的例子就是天琴使团。(2) 天基引力波天文台的日心构型，将航天器部署在半长轴为1个天文单位的不同日心轨道上，形成一个以太阳为中心的大尺度编队。典型的日心天基 GWs 天文台包括 LISA，太极计划和DECIGO/BBO。(3) 天基引力波天文台的振点配置，航天器部署在三体系统振点附近。典型的天基引力波天基引力波天文台包括ASTROD任务、全天基拉格朗日天文台任务和单天基拉格朗日天文天文台任务。典型的天基引力波天文台如表 1 所示。一般来说，地心构型是三种类型中构型尺寸最小的。由于探测器靠近地球，因此也易于部署。然而，地球附近的空间环境十分复杂。日心配置具有中等大小。由于探测器远离地球，传输时间和燃料消耗相对较高。振点配置理论上可以覆盖最宽的频段。但是在振动点上的探头是很难控制的。因此，大多数解放配置任务仍处于概念阶段。
然后，作者总结了现有的天基引力波天文台星座和编队设计方法的现状。考虑的配置参数主要包括臂长变化或变化比例 、臂长变化率L'和呼吸角变化(见图 2)。
对于地心构型GWs天文台的设计，不同于传统的星座设计通常注重目标覆盖性能，它主要关注构型的几何稳定性。学者们在构型稳定性影响因素分析、基于智能算法的数值构型优化、基于平均轨道要素的半解析优化等方面开展了研究。通过模型简化和逐层迭代，降低优化变量的维数，提高优化效率和收敛性。新提出的半解析双层迭代优化算法可以大大提高地心构型的优化效率，实现全空间的构型优化。未来的研究将重点关注构型误差的演化，并讨论地心引力波探测构型的稳定域。
虽然日心配置的臂长很大，但与日心距离仍然很小相比，它仍然是一个很小的值。因此，日心构型设计可视为编队构型设计。但与传统编队相比，构型设计参数维数高，优化目标多。对长期配置稳定性的要求也非常高。针对上述困难，学者们建立了考虑再生力的相对运动动力学模型来确定日心构型的初值。此外，还开展了引力波构型优化参数选择、参数域分段搜索、多目标优化等方面的研究。研究发现，地层中心与地球的相对距离或相对相位角是影响日心构型稳定性的关键因素。目前，日心构型优化依赖于高精度数值方法，存在优化效率低、鲁棒性弱等问题。无法揭示多探头配置的相对运动。解析日心构型优化方法有待进一步探索。无法揭示多探头配置的相对运动。解析日心构型优化方法有待进一步探索。无法揭示多探头配置的相对运动。解析日心构型优化方法有待进一步探索。
最后对考虑多重扰动影响的复杂环境下构型参数设计空间确定、天基引力波观测站初始构型的高效优化方法、构型的误差传播与稳定区评估等方面的研究进行了展望。
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