近年来,载人深空航天飞行计划不断被提出,相对近地轨道上的航天飞行而言,宇航员需要经历时间更久的微重力环境,且在到达目标星之后不能像在地球仪上进行康复训练,而需要立刻进行科学试验。宇航员的身体质量是深空载人飞行任务的关键,传统的训练器材不足以弥补长期失重带来的损害,在航天器上产生人工重力的想法被提出,人工重力成为近年来载人深空飞行航天器领域的研究重点。绳系航天器的提出为人工重力提供了解决思路,绳系航天器具有较大回转半径的优点,可以以较低转速产生足够的离心力来充当人工重力。然而,作为深空飞行的航天器,行星际轨道机动时为了达到脉冲的效果需要在短时间消耗大量的推进剂,造成绳系航天器质量分布的改变,原有的姿态平衡会被打破,因而推力的指向稳定也无法得到满足。此外,由于轨道控制发动机的推力一般较大,产生的较大加速度的同时可能会改变人工重力的方向,这是不期望发生的。本学位论文深入研究了行星际轨道机动过程中带有人工重力的绳系航天器姿态动力学建模与控制问题,主要包括以下几个方面的工作:针对轨道机动中人工重力绳系航天器动力学建模问题,本文选择了带有偏置推力器(即推力不平行且不垂直于系绳)的绳系航天器系统,以航天器推力指向稳定为目标,选择欧拉角来描述航天器姿态,基于变质量系统动力学方程,构造了绳系航天器绕所需速度增量方向自旋的姿态动力学方程,推导出了推力指向稳定时推力大小与航天器质量、自旋角速度之间的关系。最后,利用牛顿法对航天器进行的分析,推导出了人工重力水平与推力、姿态参数等之间的关系。根据地-火往返飞行方案,设计了基于地火往返飞行航天器四次行星际轨道机动中需要消耗的推进剂质量,基于两颗行星地表重力加速度值规定了航天器在离开地球、到达火星、离开火星以及到达地球时需要的人工重力水平,基于此人工重力水平求解了对应的自旋角速度以及推力大小;基于机动需要消耗的推进剂和维持人工重力需要的推力及自旋角速度,并考虑到推力器开机和关机的影响,求解了满足机动过程中推力指向稳定的质量方程。以机动中推力指向稳定时的姿态参数求解了开机时对应的姿态初值。利用质量方程及姿态初值进行了数值仿真,得出了在轨道机动过程中绳系航天器能保持推力指向稳定的结论,且能保持一定的人工重力水平。最后考虑到机动过程推力、姿态初值的干扰,分别分析了推力及推力摆角干扰和姿态初值误差对机动过程中绳系航天器推力指向稳定的影响,得出了系统对推力及推力摆角误差不敏感但受姿态初值影响的结论;对于非稳定状态的姿态初值,寻找了一个与该初值相近的稳定运动状态,并针对轨道机动中转动惯量具有时变且未知的特性,以理想情况下运动状态为跟踪目标,设计了自适应反步滑模控制器,实现了绳系航天器在姿态初值误差情况下的推力指向稳定控制;针对机动结束后的不稳定运动状态以及未知转动惯量的情形,设计了自适应鲁棒滑模控制器,使系统从不稳定运动状态到绕惯性主轴自旋的稳定状态,并产生预期的人工重力。