集群航天器作为新一代分布式卫星系统，在设计理念和功能实现方式上有很大的突破与创新，内部各模块航天器间功能不同，但地位平等，相互协作完成星间任务。这样的设计模式极大地提高了航天器系统的抗毁性、扩展性等，但也面临很多技术难题。集群航天器自组网相关技术是待解决的关键技术之一，本文主要从集群航天器网络特性、拓扑控制算法评价指标、拓扑控制方案以及半物理仿真平台四个方面出发，着重研究了集群航天器自组网特性和拓扑控制技术。类似于无线传感器网络，集群航天器也具有网络无中心、信息传输多跳、拓扑时变等自组织网络特点，本文在分析了传感器网络分级结构和平面结构的优缺点的基础之上，结合集群航天器特性和功能要求，将平面结构作为本文集群航天器研究的基本构型。然后，依据邻近图和概率论相关理论，本文对集群航天器通信网络模型进行了研究，给出了网络的通信距离期望值随最大通信距离和分布密度的关系，并说明了对于参数确定的网络，期望值恒定不变。为了从能量有效性的角度分析拓扑控制算法对网络生命周期的影响，本文基于传感器能耗模型提出了网络生命周期的三种评价指标：最小和最大、总和以及均方差，并分析了各指标的实际意义。在传统三维拓扑算法FlYG的基础上，本文结合集群航天器网络通信距离期望值和拓扑存活时间提出了改进的拓扑控制算法和集群航天器拓扑构建方案，然后基于C-W方程确立了拓扑存活时间计算方法。接着，通过仿真算例，本文指出了传统算法存在的不足，并结合生命周期各评价指标说明了改进算法能量有效性更好，能耗分布更加均匀，使得网络具有更长的生命周期。最后，本文在集群航天器拓扑控制方案和Wi-Fi自组织网络模式通信协议的基础之上，提出了针对集群航天器自组网特性和拓扑控制技术的仿真方案。结合集群航天器的各项特性和性能要求，本文采用可编程低功耗的射频通信芯片作为集群航天器半物理仿真平台通信模块，并基于其内置的AT指令集实现仿真平台软件的编写，最后依据该仿真平台验证了集群航天器拓扑控制方案和自组网特性。