绳系卫星系统是指两颗或两颗以上的卫星通过导电系绳或者绝缘系绳连接组成的卫星系统。绳系卫星系统在星际旅行、在轨服务和深空探测及开发等多个领域都有广泛的应用场景。近几年来,绳系卫星与目标星体的交会对接是航天研究领域的热门之一。受2014年国家自然基金和加拿大自然和工程研究基金的资助,本课题以绳系卫星系统捕获目标为研究背景,考虑绳系卫星系统应用中系绳完全释放之后的捕获目标环节:在子星接近目标时绳系卫星的轨道优化和子星在已经接近目标星后、受干扰情况下子星的姿态控制问题。论文的主要研究内容如下:1.研究了修正罗德里格参数的姿态描述参数,将绳系卫星传统的由欧拉角描述的动力学模型转化为由修正罗德里格参数及其阴影表示的动力学模型,有效解决了绳系卫星系统面外角为90度时的奇点问题;且修正的罗德里格参数及其阴影的非连续性转换并不会影响到欧拉角的连续性变化和表示,具有全局性。2.针对系绳完全释放之后,通过推力器控制子星到达目标星的情况,研究了利用高斯伪谱法来直接求解连续的非线性最优控制问题;应用罗德里格参数及其阴影结合的姿态描述参数取代传统的欧拉角进行仿真,成功消除奇点;对比了在时间最优的性能指标下,加路径约束和不加路径约束时的非线性最优控制表现;与传统的使用欧拉角描述的绳系卫星系统动力学模型进行轨道优化对比,说明使用修正罗德里格参数能够全局描述系统面外角,提升了2.8%的轨道面使用率。3.针对受扰动影响下的子星的姿态控制问题,研究了非线性"状态空间反馈控制方法;证明并验证了使用线性的反馈控制力矩来控制非线性动力学系统;考虑到欧拉角在旋转为90度时存在奇点问题,选用了修正罗德里格参数及其阴影参数结合的参数描述方式与欧拉角结合应用到了反馈控制力矩;与传统的只使用欧拉角进行状态反馈控制的结果进行对比,说明了本文建立的_∞状态反馈的有效性。