近年来,航天事业飞速发展,太空探索任务与日俱增,遗留在太空中的失效航天器等空间碎片对后续在轨航天器的安全造成威胁。空间碎片多为非合作目标,由于长期处于失控状态,受太阳光压、重力梯度及残余角动量的影响逐渐失稳,最终呈现自由翻滚状态,因此需研究空间翻滚目标的主动消旋技术,为后续在轨捕获任务提供必要条件。空间自由翻滚目标大多呈现自旋和章动两种运动状态。首先建立姿态动力学模型,进而分析两种状态下的目标姿态运动和标记点运动规律。由于空间翻滚目标为非合作目标,消旋机器人无法精确获得其姿态运动信息,因此需进行目标运动估计预测。通过建立四元数形式的姿态运动方程,进一步推导得到系统模型以及与标记点有关的观测模型。基于三阶球面-相径容积规则,设计容积卡尔曼滤波器估计预测目标的姿态运动情况。在已知目标运动状态的条件下,采用柔性减速刷进行翻滚目标的消旋。对于柔性减速刷进行动力学建模和接触碰撞建模,分析柔性减速刷消旋机理,在此基础上提出针对翻滚目标的通用消旋策略,并设计了消旋性能指标。采用柔性减速刷对空间翻滚目标消旋时,消旋过程中的接触碰撞产生干扰较大,采用H_∞鲁棒最优控制器对空间机器人进行稳定控制。并通过与滑模鲁棒控制器进行对比仿真,验证了H_∞鲁棒最优控制器的正确性和有效性。基于消旋控制策略、容积卡尔曼滤波和H_∞鲁棒最优控制,完成了对于自旋目标和章动目标的消旋任务,达到消旋性能指标,仿真验证了本文所设计柔性减速刷末端、消旋策略和控制器的有效性。