非合作目标卫星的在轨抓捕技术区别于合作目标卫星的抓捕，最主要的特点是抓捕目标的非合作性，即目标卫星不具有专门用于抓捕的接口机构，且不提供任何用于抓捕的信息，这对抓捕任务造成很大的困难，技术难度较高。但其对国防科学技术的发展、保证我国空间技术安全等具有重大意义，且欧、美等国已在该领域取得一定的研究成果，而我国还处于起步阶段。本文以静止轨道（GEO）卫星作为非合作抓捕目标，分析和总结现有合作、非合作抓捕机构的基础上，提出了一种新型抓捕、锁紧与释放分离机构的总体技术方案。经验证，在给定的初始抓捕条件下，该系统能够快速、准确地实现对GEO卫星的抓捕。根据提出的总体技术方案，基于赫兹接触理论对系统的关键参数进行了匹配性分析。通过分析计算得出伸缩机构的伸缩速度范围、阻尼器的相关系数范围及传感器的测量范围和频率等。借鉴棘轮理论，提出一种适用于GEO卫星的抓捕锁紧机构。详细论述了机构的工作原理，并对其中的各项关键技术进行了研究分析。基于刚柔耦合理论，通过对建立好的模型进行了运动学、动力学仿真分析，得出抓捕锁紧机构能够顺利实现“花瓣”的开合，从而验证了结构设计的准确、合理性。最后，对抓捕锁紧机构原理样机加工试制和调试、试验过程中的问题，进行了分析和总结，为今后的机械设计工作提供一定的经验指导。针对现有卫星锁紧与释放机构不具有通用性，结构单一等缺点，提出了一种用于锁紧非合作目标卫星对接环的技术方案，该方案结构简单、锁紧力大，能够快速实现对卫星的锁紧与释放，同时减小两卫星接触时的刚性撞击，起到缓冲的作用。对锁紧与释放机构中的关键技术进行了分析研究，然后利用ADAMS对建好的模型进行了运动学仿真分析，结果表明：该对接环锁紧与释放机构能够顺利实现对目标卫星对接环的锁紧与释放。