经过十余年的发展,立方体卫星(CubeSat)作为一种微纳卫星标准化产品,已经得到了广泛的应用,发射频率不断提高,应用场景日益丰富。然而,作为一类新兴的卫星平台设计标准,立方体卫星相关的理论研究还不够充足,越来越不能满足工程上的需要。本文以立方体卫星在轨释放运动作为研究对象,建立在轨释放动力学模型,系统地分析其中的非线性动力学现象,并根据分析结果对立方体卫星释放装置的设计提供理论基础。引入了三自由度含间隙碰撞-振动运动模型,合理抽象了立方体卫星在轨释放的运动过程。构建了系统的单自由度动力学模型,建立了相应的动力学微分方程,并求出了其进行周期运动的初值条件。在单自由度动力学模型基础上构建了三自由度动力学模型,考虑了卫星在三个维度的平动和转动,包括横向的碰撞-振动运动、沿导轨方向的分离运动以及绕质心的转动运动。分别编写了对应单自由度和三自由度动力学方程的仿真软件,根据Lyapunov稳定性定义判断不动点的稳定性,绘制了碰撞面的Poincaré截面投影图和全局分岔图,分析运动过程中的非线性动力学现象在立方体卫星在轨释放运动中造成的影响。代入多组设计参数到立方体卫星在轨释放动力学模型中,对比不同设计参数下卫星的分离角速度和分离速度等重要参数,选取并验证适合立方体卫星在轨释放的设计参数,为立方体卫星释放装置的设计提供理论基础。