大量残存于太空的空间垃圾对在轨航天器的安全已构成了严重威胁,对它们实施在轨捕获进而主动清除已迫在眉睫。典型的空间垃圾（诸如失效卫星、火箭末级等）通常已失去了姿态调整能力,且长期在失控状态下运行,控制及通信中断使其表现出显著的非合作特征,故空间垃圾一般都属于非合作目标。这类非合作目标受重力梯度、太阳光压等空间摄动力矩以及失效前自身残余角动量等因素的影响,其姿态运动往往会表现为复杂的自由翻滚运动形式。由于翻滚运动的存在,对这类空间翻滚非合作目标实施直接捕获时往往会存在较大的碰撞风险。因此若能在捕获前衰减或消除其高速翻滚运动即消旋,必将降低捕获过程中的风险,但如何实现捕获前的消旋是当前亟待解决的难点问题。本文在分析失效卫星、火箭末级等典型翻滚非合作目标运动形式的基础上,提出了一种基于旋转磁场的电磁消旋方法,深入剖析了旋转磁场与目标表面导体之间的感生涡流阻尼效应对目标翻滚运动的衰减原理,建立了消旋过程中的动力学模型并提出了消旋末端执行器的控制策略,通过搭建的空间非合作目标翻滚运动消旋地面模拟系统,实验验证了翻滚目标电磁消旋的可行性。针对翻滚非合作目标典型的运动特性及表面铝蜂窝板结构特性,基于磁场相对目标导电表层运动时的涡流效应提出了旋转磁场式非接触电磁消旋方法。利用旋转磁场源相对目标表面平行时的阻尼效应衰减目标的自旋运动,利用旋转磁场源相对目标表面倾斜时对不均匀间隙的回复效应衰减目标的章动运动,最终实现目标角速度的完全衰减。建立了由服务航天器、机械臂及电磁消旋末端执行器和翻滚目标构成的电磁消旋动力学模型,并分析了消旋过程中地磁场与电磁消旋磁场源之间相互作用时产生的扰动力和力矩的变化规律,明确了减小地磁扰动时电磁消旋磁场源结构设计的基本原则。针对目标翻滚运动造成的磁场源与目标表面之间的间隙不均匀的现象,建立了间隙不均匀状态下三维电磁力及力矩的解析模型。采用平均半径法及矢量磁位描述了空间三维磁场分布情况,借助分离变量法求解磁场源与整个目标之间相互作用的电磁力及电磁力矩。根据所建立的电磁消旋过程中末端磁场源与目标表面之间间隙不均匀状态下的电磁消旋力及力矩模型,探讨了磁场源的关键设计参数,并分析了工作距离、磁场源结构参数、磁场源排布形式、磁场源励磁参数等对电磁力及电磁力矩的影响规律。所建立的三维理论分析模型为电磁消旋末端执行器的结构设计以及消旋过程中励磁参数选择提供依据。在完成电磁消旋末端执行器结构设计及电磁力、力矩理论建模的基础上,针对高速翻滚目标消旋时机械臂的跟踪受限问题、高速旋转目标消旋过程中目标章动发散的问题,提出了先去章动后去自旋的消旋策略。分析电磁消旋过程中服务航天器与目标航天器相对姿态、相对距离及目标章动角的变化规律,以及稳定服务航天器基座所需要的控制力及力矩。分析了末端执行器跟踪误差及目标章动角辨识误差对消旋的影响。最后探讨了目标惯量非对称对电磁消旋的影响,通过仿真验证了所提出的电磁消旋策略对翻滚运动目标进行消旋的有效性。基于气浮球轴承搭建了目标三自由度翻滚运动模拟平台,利用该平台验证了高速旋转目标及高速翻滚目标的消旋控制策略。首先利用旋转磁场的电磁力实现了非接触式的目标高速旋转及高速翻滚运动的起旋驱动模拟。然后对起旋后的高速翻滚运动目标及高速旋转运动目标分别实施通断及章动跟踪消旋控制策略。同时探讨了不同作用距离、目标初始自旋转速以及末端励磁参数对消旋过程的影响,最后分析了目标惯量不对称情况下电磁消旋方法的有效性,为旋转磁场式电磁消旋方法的实际应用提供依据。