动能拦截器通过直接碰撞的方式拦截目标，因此对姿态控制系统的控制精度提出极高的要求。姿控发动机作为姿态控制系统的执行机构，其性能对姿态控制系统具有重要作用。本文以动能拦截器的固体姿控发动机为研究对象，设计了一种阀门喷嘴结构形式的固体姿控发动机并进行理论与实验研究，对固体姿控发动机的结构设计及优化，性能测试及工程应用等方面具有一定的指导意义。提出实现“三轴稳定”的姿控发动机布局方案及性能指标，采用阀门喷嘴结构形式对固体姿控发动机进行结构设计，对姿控发动机内部控制气腔的压力动态特性和气路的流量特性进行分析，并对活塞运动过程中的运动阻力进行研究，从而建立姿控发动机工作过程的非线性数学模型。对姿控发动机工作过程中活塞所受到的气动阻力进行节流理论计算、数值仿真和实验研究，得到气动阻力与活塞位移的非线性关系。通过实验测试得到两侧控制气腔的压力变化曲线并与数学模型的仿真结果对比从而验证数学模型的正确性。对姿控发动机的动态延迟时间进行分析，提出一种使用霍尔元件测试活塞位置信号从而对延迟时间进行测试的间接测试方法。对数学模型进行线性化，并通过理论和实验研究喷嘴挡板间隙变化对姿控发动机动态性能的影响。分析燃气和压缩空气两种工作介质对姿控发动机的性能影响，指出两种工作介质对静态推力和活塞运动所受气动阻力的影响很小，而对其动态性能影响显著，为姿控发动机的检测和验收提供了理论依据。提出以控制气流的质量与燃气总质量的比值表征该结构形式姿控发动机的工作效率，并以延迟时间和工作效率为优化指标采用自适应差分进化算法对姿控发动机的结构参数进行Pareto多目标优化，并得到优化后的结构参数。采用传统的动态力直接测试方法对姿控发动机的动态推力进行测试，并根据姿控发动机动态推力的特点设计一种新型的单摆式间接测试系统。建立两种测试系统的数学模型，并分析测试系统的动态响应、数据处理方法和测试误差。针对直接测试曲线中的高频振荡设计动态补偿环节并取得良好的补偿效果。对间接测试系统在不同的测试条件下进行实验研究并分析了动态力幅值和延迟时间的一致性对测试结果的影响。通过将两种测试方法进行对比得出间接测试系统具有结果简单，数据易于处理等优点，同时在延迟时间的测试上可以达到很高的精度。对动能拦截器末制导阶段的姿态控制方案进行仿真研究。结合姿控发动机的特点设计了变频率脉宽调制控制方法，对脉宽调制控制方法中产生的抖动问题进行分析。研究了延迟时间的变化和一致性对控制性能的影响，并采用地面燃气实验过程中姿控发动机的延迟时间进行仿真，结果表明减小延迟时间有利于提高控制精度，而延迟时间的一致性对控制精度产生较大影响。