对失效航天器的在轨修复是当前航天领域的热点问题,而航天器相对翻滚目标近距离姿轨控制是其中的一项关键技术。失效航天器由于没有姿态控制,一般表现为在轨道上自由翻滚,而这为近距离操作带来巨大挑战。论文以此为背景,开展航天器相对空间翻滚目标近距离姿轨控制方法研究。论文主要成果如下:1.针对相对翻滚目标的绕飞与悬停控制问题,分别提出了强迫绕飞控制策略、基于模糊和基于非奇异终端滑模的悬停控制方法。（1）提出了对翻滚目标航天器强迫绕飞的控制策略。将追踪器对目标器的绕飞问题转化为视线瞬时旋转平面内的二维控制问题。采用滑模控制器对视线方向和垂直视线方向的运动进行了控制。（2）采用模糊控制方法实现对翻滚目标的任意位置悬停。推导了追踪器在目标器轨道坐标系中的标称悬停位置和标称悬停速度。将悬停问题解耦为三个通道的二维模糊控制问题,并以某一通道为例进行Mamdani型模糊控制器设计。（3）采用自适应非奇异终端滑模控制方法实现对翻滚目标的悬停。建立了非线性的六自由度耦合的一体化动力学模型。设计了自适应非奇异终端滑模控制器。用自适应调整法来克服系统模型不确定性和外部干扰的影响,不确定性和外部干扰的界限不需要提前知道。2.针对相对翻滚目标的逼近策略问题,分别提出了增广比例导引律、LQR和姿轨一体化控制方法。（1）提出了增广比例导引律控制方法以实现对翻滚目标的逼近。在追踪器视线旋转坐标系上建立了追踪器与逼近点的三维相对运动方程。基于反馈化控制思想,在传统真比例导引律基础上引入对逼近点视线方向的控制,追踪器按照指数衰减的方式对沿逼近点视线方向进行逼近。（2）采用LQR方法实现对翻滚目标的逼近。在目标器轨道坐标系上推导了追踪器以及目标逼近点的标称位置和标称速度。基于线性二次型最优方法（Linear Quadratic Regulator,LQR）设计了LQR控制器。（3）提出了对翻滚目标逼近的姿轨一体化控制方法。考虑逼近过程的安全性,设计了追踪器的标称轨迹,采用指数减速方式对失控翻滚目标航天器实施逼近。综合考虑外部干扰、系统不确定性,设计了自适应非奇异终端滑模控制器并给出了系统的稳定性证明。3.针对相对翻滚目标的安全逼近问题,分别提出了椭圆蔓叶曲面势函数和球面势函数制导方法。（1）提出了基于椭圆蔓叶曲面势函数的安全逼近与避障制导方法。将翻滚目标逼近的安全与躲避障碍物问题转化为动态环境的路径规划问题。根据状态误差设计了吸引势函数。在逼近的最终逼近段设计了椭圆蔓叶线的安全走廊。将障碍物假想为具有一定半径的球体,基于高斯函数法设计了障碍物势函数。（2）提出了基于球面势函数的安全逼近与避障制导方法。由椭圆蔓叶曲面势函数构建的安全域属于半安全域。在半安全域分析的基础上,根据全安全域的任务要求设计球面全安全区和锥面安全走廊。4.设计了航天器相对翻滚目标近距离运动控制的地面悬吊实验方法。（1）搭建了基于悬吊式重力补偿系统的地面实验平台。其工作原理是借助随动平台吊索的恒拉力,用于抵消实验航天器所受的重力,模拟航天器的太空失重环境。（2）设计了地面动力学实验控制方案。首先,根据相似性理论推导了悬吊缩比实验的比例因子。其次,设计了地面相对位置和相对姿态控制策略。最后,进行了追踪模拟器相对翻滚目标模拟器的近距离运动控制实验。