主要研究了小卫星姿控/热控/质量特性调整一体化执行机构的设计问题。首先，根据流体回路中液体流速变化对小卫星产生力矩实现姿态控制、液体流动吸/散废热实现热控制、储液器液量重新分配实现质量特性调整的原理，提出一种基于一体化执行机构（即“液体动量环”）的姿控/热控/质量特性调整一体化系统设计方案。然后针对该一体化总体设计方案，根据驱动方式的不同，提出泵式、阀式和泵阀协作式三种可行的液体动量环执行机构构型方案。在构型方案的基础上，利用以电机转速为变量的流体回路内压强和电磁力矩方程，推导了齿轮泵式液体动量环姿控力矩模型；利用以阀门开度为变量的电液伺服阀传递函数，推导了阀式液体动量环姿控力矩模型；利用齿轮泵式和阀式一体化执行机构的数学模型，推导了泵阀协作式液体动量环的姿控力矩模型。并结合液体不同阶段的流动形式，推导了上述三种液体动量环的液体层流段的姿控力矩模型。同时利用散热量随流体回路流速的变化，建立了一体化执行机构热控模型。然后根据液体动量环的优势和三种构型方案的特点，分析了用于姿态控制系统的放大效应，以及流速对流动阻力和系统性能的影响。基于PID控制方法设计了基于液体动量环的小卫星的姿态控制率，并针对某小卫星建立了基于三种构型方案的姿控/热控一体化闭环控制系统的计算机仿真模型，对其姿控/热控能力进行了数值仿真验证，分析比较了一般泵式液体动量环、降速泵式液体动量环、层流段泵式液体动量环、阀式液体动量环构型方案之间姿控能力的异同。仿真结果证明了液体动量环作为一体化执行机构的有效性。进一步考虑基于液体动量环的姿控系统中的各种不确定因素，建立了带有不确定性的小卫星姿控系统数学模型。基于鲁棒控制方法设计了H∞控制率，并结合执行机构数学模型以及管路构型和泵、阀驱动方式的特点，设计了部分解耦多种功能、延长饱和周期的优化方法。并对基于液体动量环的姿态控制系统进行了数值仿真验证，分析比较了不同控制方法和不同构型方案之间姿控能力的异同。仿真结果证明了该H∞控制率对基于液体动量环的姿态控制系统的有效性和鲁棒性。