本文面向XXXX型号失效卫星的在轨服务任务,该航天器由于燃料耗尽失去正常工作能力,在空间呈现自由翻滚运动,但卫星的其他部件仍处于健康的工作状态,若服务航天器对其进行燃料加注或者提供替代的动力系统,可以大幅降低成本并实现空间系统的可持续发展。对于该航天器在轨服务任务中的消旋环节,本文对非接触式的电磁消旋方法展开了研究。其中,研究一种结构简单且能耗低的电磁消旋装置以及与之配套的消旋方法成为本文研究主体。首先,结合双空间机械臂,提出了基于电磁消旋装置的消旋策略。对翻滚航天器的目标特性分析,研究了航天器的运动学特征,分析了其各部件中使用的铝合金、钛合金等典型应用材料,适合采用非接触式的电磁消旋方法,保证在轨服务中失效卫星的安全;双空间机械臂环抱翻滚航天器,可以抵消装置对目标产生的推力影响,另外空间机械臂调节消旋装置与目标之间的相对位姿与速度,可以控制消旋力矩的大小与施加形式,实现了总体方案的控制需求;将目标航天器的消旋任务分为消除章动运动与消除自旋运动两个阶段,分析两个阶段中消旋力矩的施加形式,得到了章动角与自旋速度可分别稳定衰减的理论结果。然后,设计了消旋装置,得出了简化电磁力计算公式。选择由八块钕铁硼永磁体构成的盘式Halbach阵列作为装置的主体,该装置能够提供强磁场,几乎不消耗能源,且适合与空间机械臂末端结合;分析该消旋装置的电磁力特性,得出了影响电磁力的三个关键参数,并以此搭建了电磁力测量实验平台,进一步探讨电磁力与关键影响参数的映射关系;使用数学方法对得到的实验数据进行拟合,得到了准确度较高的简化电磁力公式,替代计算复杂度高的电磁力解析函数,提高了工程应用能力。最后,空间机械臂末端消旋装置的位姿进行了规划,并开展了翻滚航天器的消旋仿真验证。针对任务中空间机械臂的任务需求,研究了七自由度空间机械臂的正逆运动学计算以及对关节空间的三次多项式插值,并结合星载传感器系统检测得到的翻滚航天器姿态数据,对机械臂末端的消旋装置进行姿态规划;搭建了ADAMS与SIMULIK联合仿真控制系统,对消旋任务中的消章动、消自旋过程进行了仿真验证,结果表明,目标航天器章动角、自旋角速度分别稳定减小到零,仿真结果与理论分析基本一致,验证了消旋方案的有效性。