部分自旋质量分离航天器具有快速完成在轨动量交换的能力，在未来的空间任务中有巨大的应用潜力。然而，与常规自旋航天器不同，部分自旋质量分离航天器由于分离质量的发生，需要考虑质量分布不平衡对旋转运动以及姿态稳定带来的影响。因此，本文针对部分自旋质量分离航天器的姿态动力学与控制问题进行了研究，主要研究内容和结论如下：

首先，对于质量分离后的不平衡航天器构型，本文选取航天器分离臂长、分离质量、平台质量和偏心距离作为基础构型参数，建立了系统的无量纲动力学模型，使得航天器的构型可以由四个无量纲参数描述。在航天器弱不平衡条件下，基于Floquet定理对线性化后的线性时变系统进行解析求解，获得了航天器姿态角度与角速度的解析解，提出了主惯量参数稳定性判据。研究发现，根据主惯量参数的不同，航天器的姿态动力学行为可划分为周期稳定、线性发散与指数失稳三种模态。进一步地，本文分析了航天器周期稳定情况下旋转轴的章动-进动耦合运动特性，以及相对章动幅度依赖航天器系统主惯量系数的变化特征，发现了旋转部件相对于旋转轴的惯量和章动幅度呈负相关关系的规律。

其次，针对航天器强不平衡情况，分析了构型参数变化对旋转机构最大自旋偏角的影响规律，发现航天器的分离质量占比与旋转轴最大偏角呈正相关关系，平台质量占比与旋转轴最大偏角呈负相关关系，而随着分离臂长与偏心距离比的增大，航天器最大自旋偏角先增大后减小，存在两个极值点。这一规律的发现为此类航天器的构型设计和优化提供了量化准则。

之后，基于上述动力学研究成果，设计了使用质量前馈补偿与反馈协同的基于飞轮-滑块-平衡旋杆的无工质消耗的复合控制系统，仿真表明该方法可以实现航天器姿态的快速稳定。

最后搭建了包含机械装置和伺服控制系统的地面实验平台，并且进行了质量分离地面实验，实现远程操作下的质量旋转分离控制和数据的高频采集，为部分自旋质量分离技术的地面验证做了技术储备。研究成果为部分自旋质量分离航天器的构型设计、运动预测、姿态控制技术和地面实验验证提供了理论支持和技术准备。