大型空间碎片是指在太空中失去了姿态调整能力的失效卫星或火箭末级,由于不能人为进行操控及位置调整,所以又称之为非合作目标。进入新世纪以来,主要航天国家频繁的航天活动使空间碎片的数量持续增加。NASA和其它机构的研究表明,空间碎片的整治应该从清除低轨道和地球同步轨道上的大型碎片开始,这是减少对航天器撞击威胁的唯一可行方法。由于大型空间碎片在太空中长时间滞留,太空中的干扰因素会对空间碎片产生持续的影响,因此空间碎片往往会呈现出伴随有翻滚的复杂三轴旋转运动。如果直接进行抓捕可能会使空间碎片与机械臂产生激烈碰撞,从而产生更多的空间碎片。因此,在对空间碎片进行抓捕前进行消旋处理是必要的工作。本文针对大型空间碎片的消旋问题,推导了姿态运动学公式,建立了空间碎片的姿态运动学模型,提出了机械冲击位姿的计算方法。建立参考坐标系,采用欧拉角描述物体运动姿态的方法,对空间碎片位置坐标和角速度矢量进行了基于旋转变换矩阵的姿态描述。对空间碎片在运动过程中的角动量及进动角速度进行分析。推导了空间碎片消旋的姿态运动学方程。在空间碎片运动状态已知的情况下,基于角动量矢量合成方法寻找合角动量矢量,以消除合角动量为基础进行空间碎片主动消旋方法研究。冲击位姿的选取使冲击时产生的力偶矩不会对空间碎片产生倾覆力矩,只对其合角动量产生阻抗作用。建立空间碎片机械冲击主动消旋的运动学模型并输入运动参数,采用合角动量消旋方法对空间碎片进行机械冲击主动消旋仿真实验。从仿真实验中获得空间碎片三轴角动量、合角动量、三轴角速度、章动角、进动角速度的变化曲线。实验数据表明空间碎片三轴角动量及三轴角速度同时减小且减小比例几乎相同,进动角速度减小,章动角变化周期变长,达到了空间碎片消旋的预期结果。仿真实验结果表明,使用本文中的消旋策略进行大型空间碎片消旋可以有效减小空间碎片的三轴角动量及三轴角速度,且冲击前后合角动量轴方向不变,提高了消旋过程的执行效率,缩短了消旋时间。本文中的消旋策略为机械冲击消旋提供了一种全新的指导思路,为在太空中实施的实际消旋任务提供了理论基础。