年久失修的航天器进入寿命末期,因逐渐失去通信能力而不能提供自身轨道姿态信息,甚至变为空间中自由翻滚的失控卫星,占用轨道资源并危害正常航天器。因此,需要对空间中的废弃航天器进行在轨服务,而空间翻滚目标的近距离安全逼近任务,就是在轨服务中极为重要的一项内容。本文以空间翻滚卫星为目标,研究对空间翻滚目标的近距离阶段安全逼近问题。首先,建立了翻滚目标逼近任务的运动模型。给出空间交会对接任务的常用坐标系,由此分别建立了追踪星和目标星两星的轨道动力学模型和姿态动力学模型,进而建立了追踪星相对于目标星的相对轨道姿态动力学模型。然后基于实际轨迹与期望轨迹的偏差,建立了面向控制的轨道姿态二阶非线性运动模型,为后续控制算法的设计提供了基础。其次,基于凸优化方法设计了对翻滚目标安全逼近的实时轨迹规划算法。考虑到翻滚卫星逼近任务的高动态性,结合序列迭代思想设计了一种能够实时更新起始点和终端点,并能够主动避障的轨迹优化算法,构建了翻滚目标安全逼近任务的轨迹优化模型,并对该模型进行了凸化和离散化,转化为能为凸优化算法使用的子模型,仿真显示该轨迹优化算法的安全性与高效性。最后,针对建立的面向控制的二阶非线性相对运动模型,给出了一种自适应滑模控制算法。由于模型中含有大量量测误差和有界干扰,因此选用滑模控制方法实现对翻滚卫星的逼近。本文设计了改进的自适应滑模控制方法,能在必要时增加控制增益,降低设计的保守性,并对量测误差和外部干扰具有很强的鲁棒性,同时引入了性能函数解决生成期望轨迹需要解算时间而无法获得准确初值的问题。对设计的控制律给出了严格的稳定性证明,数学仿真表明跟踪误差可以在短时间内收敛到零附近,说明了控制算法的有效性。