空间翻滚目标,是指由于部组件失效或达到了任务使用寿命,在不受控的状态下受到地球多源摄动力影响产生了翻滚运动特性的一类在轨运行航天器。为了延长翻滚失效航天器的使用寿命,需要进行空间在轨服务任务,如在轨故障维修、模块更换、燃料加注和碎片清除等。为了保障对空间翻滚目标在超近距离下进行在轨服务任务过程中的安全性及可靠性,需主动控制在轨服务航天器进行位姿同步飞行、安全接近等精确操作,研究多源干扰影响下超近距离快速、精确、安全的控制方法,以进一步满足后续对空间翻滚目标执行复杂外形观测重构、抓捕点选取与近距离对接等任务的需求。本文针对空间翻滚目标超近距离位姿跟踪控制问题具体研究了以下几个方面的内容:（1）空间翻滚目标相对运动建模方法。本文在对空间翻滚目标姿态运动描述的基础上,选定翻滚目标上抓捕位置为参考点,给出理想条件下参考点的相对位姿期望轨迹,利用对偶四元数方法给出了空间翻滚目标和服务航天器六自由度位姿相对运动模型。（2）空间翻滚目标同步飞行快速精准跟踪控制方法。在考虑存在外部未知扰动、参数不确定性条件下,提出了一种基于扩张状态观测器的快速终端滑模控制方法,实现了同步飞行姿轨耦合控制中快速响应、高精度跟踪的控制要求,并提高了控制系统的鲁棒性。（3）复杂外形空间翻滚目标安全接近控制方法。针对空间翻滚目标超近距离接近过程中会出现的碰撞风险问题,在综合考虑翻滚目标和服务航天器复杂外形基础上提出椭球最短距离计算方法,进一步设计了基于人工势函数的安全接近姿轨耦合控制方法,实现服务航天器对空间翻滚目标的安全接近控制。（4）搭建并演示了翻滚目标跟踪及接近地面实验。在对地面气浮平台实验系统的软件、硬件及和参数辨识方法进行介绍的基础上,针对同步飞行和安全接近任务场景进行了控制算法地面实验,验证了所提出控制方法的有效性。