绳系卫星作为一种新型的太空飞行器,在空间科学领域具有重要的研究意义。本文针对绳系卫星系统的非线性动力学与控制问题,通过理论建模、数值仿真和地面仿真试验,研究绳系卫星在释放初期的姿态控制问题。首先,考虑绳系卫星系统轨道面内运动,针对带可控臂的绳系卫星短距释放控制问题,建立了系统的非线性动力学方程,获得了天-地动力学相似条件。引入了两种控制方法:比例-微分反馈控制和鲁棒控制,可用以控制因初始扰动而引起的姿态振荡,通过数值仿真验证了控制方法的可行性。然后,设计了一种小型绳系卫星弹射机构,用来实现绳系卫星的弹射释放和回收。它含有张力控制、弹射驱动等装置,结构简单,工作性能稳定性好,可重复多次进行仿真试验,为绳系卫星姿态控制提供了实验基础。随后,将该弹射机构应用于地面仿真试验平台进行地面仿真试验。通过控制喷气力实现绳系卫星天-地动力学相似环境,通过单根刚性臂实现了卫星姿态运动和系绳摆动的两自由度运动控制。气浮实验和数值结果表明,借助控制臂可以对绳系卫星的释放进行有效控制。最后,研究了带有电动力系绳的绳系卫星系统,以空心阴极发射装置为核心,设计了一种地面真空环境下主动电荷交换系统。该系统能够在地面实验室模拟太空环境,再现空间环境下电动力绳的主动电荷交换。本文研究了短距绳系卫星释放和控制问题,设计了一种弹射释放机构用于实验,通过数值仿真和实验对比说明了控制方法的有效性。并且设计了一种地面真空环境下的主动电荷交换系统,为实验平台建设提供了基础参考和指导方向。