随着航天事业的发展,越来越多的火箭末级和失效卫星等大型空间碎片滞留在太空中,严重威胁着在轨服役航天器的可靠性和安全性。发展空间碎片主动移除技术势在必行,其关键在于实施在轨捕获。但大型空间碎片具有质量大、高速自由翻滚以及惯性特性和外形几何尺寸未知等特点,限制着小型机械臂、飞网、飞爪等捕获方法在轨操作的发展。空间碎片捕获的前提是消旋,即提供外部控制力矩使目标角速度衰减的过程。本文针对大型空间非合作目标复杂翻滚运动下快速衰减问题,建立考虑非线性因素的冲击力模型,分析碰撞过程中存在的碰撞与摩擦行为,研究非理想冲击下非合作目标的动力学响应,为冲击末端的设计、消旋方法的研究提供了理论指导。采用机械脉冲式主动消旋方法,综合参考机械安装尺寸与结构强度,对变压力柔性冲击末端展开优化设计。考虑末端中存在的流固耦合效应,通过有限元仿真分析了柔性末端刚度的非线性变化,确定了末端气压的工作阈值。利用LS-DYNA虚拟样机分析机械冲击过程中末端的应变与应力。建立了柔性末端与空间碎片碰撞的非线性接触模型,基于赫兹接触理论推导了法向碰撞力计算公式,考虑橡胶材料的特殊摩擦特性,根据能量守恒分析摩擦副间的非线性摩擦系数,得到切向摩擦力计算公式。根据空间碎片的残余动能集中程度将运动状态分为单轴运动和三轴运动两类。基于五自由度的气浮平台,模拟空间碎片的运动状态。利用欧拉角描述变换关系,将质心坐标系下的消旋力矩转换到机械臂坐标系下,最终衰减目标角速度,通过积分计算得到机械臂的冲击移动距离。通过大量实验数据统计分析,验证变压力柔性末端法向碰撞力计算模型的准确性。归纳总结实验结果,拟合接触消旋过程中柔性末端结构变形导致的摩擦力计算公式,修正了摩擦计算模型。建立空间碎片的动力学模型,控制机械臂与内部压力施加消旋力矩,通过MATLAB编程仿真计算空间碎片的力学响应。仿真实验表明,柔性末端设计合理,随着冲击力矩的增大,消旋效率提高。