由于人类的航天活动日渐频繁,航天器碰撞或失效而产生的空间碎片数量巨大,严重威胁着在轨航天器的安全。对于危险碎片还没有有效的规避和防护措施,所以需要寻找一种有效的清理方式。目前,国内外有关空间碎片的捕获方式多是针对大型失效航天器,且大多数还停留在理论研究阶段。本文在现有的捕获方式以及空间碎片防护结构的研究基础上,将结构优化、数值模拟和理论研究相结合,开展了空间碎片撞击捕获方式及其动力学分析的研究,本文主要的研究内容为:提出一种能够安装在航天器上进行发射的空间碎片在轨捕获装置。该装置在整体结构、卫星接口、内部布局和耗材替换四个方面开展设计,通过建立三维模型并进行仿真分析对设计方案进行验证优化,最终采用了三种承力结构相结合的整体结构形式、SMA驱动的卫星接口方式、锥状入口结合内部合理布局设计以及可绕轴旋转的耗材替换机构,实现了该装置的在轨捕获稳定性和可重复使用性。研究撞击捕获空间碎片时捕获装置结构和材料的损伤特性和撞击极限特性。通过与已有的实验结果对比,仿真结果的有效性得到了验证。通过对不同直径和速度的弹丸撞击捕获装置仿真结果分析,研究碎片回收过程中被撞击铝板、填充结构以及回收碎片材料的损伤形态,并结合经验公式讨论捕获装置回收碎片的撞击极限参数。结果表明,当弹丸直径相同而撞击速度增加时,被撞击铝板及Kevlar层穿孔尺寸增大,PE板上撞击影响范围增大,PE板上的凹坑深度先增加后减小;当撞击速度相同而弹丸直径增加时,上述撞击损伤加重;随着弹丸直径和撞击速度增加,被撞击铝板和Kevlar层对弹丸动能吸收率呈下降趋势。分析撞击回收空间碎片时捕获装置的结构稳定性及瞬态动力学响应。通过对受撞击捕获装置结构进行模态分析,讨论结构是否稳定。同时,研究捕获装置结构在可变载荷作用下的瞬态动力学特性,讨论捕获结束后装置的回收性。结果表明,随着阶数的增加,捕获装置的固有频率随之增加,明显地分为模态稀疏区域和密集区域,在弹丸激励下装置不会产生共振现象;通过计算等效应力,可以间接地判断装置的损伤情况;弹丸撞击造成接触点的位移值不会对捕获过程产生影响,整体装置的位移值不会造成其偏离预定轨道。