近几十年来,航天事业发展迅速,人类对浩瀚宇宙的探索进入到了新的阶段。现如今世界多个国家都在大力发展航天事业,载人航天、建立空间站、进行空间实验等活动,但由于其耗资巨大,为了保证飞行器在太空运行时各个设备均能正常工作,达到规定技术指标的要求,在发射前应在实验室进行大量的地面模拟试验,微重力模拟试验技术便应运而生,迅速成为世界各国关注的重要技术之一。在各国航天工作者的努力下,微重力模拟试验有了很大的发展,相继出现了落塔法、气浮/水浮微重力模拟法、钢丝悬吊法等方法。本课题通过对现有空间微重力模拟技术分析,设计了一种通过气浮支撑,并能够在三维空间内进行微重力模拟的重力卸载装置,解决了原有技术存在的一些缺点和不足。首先根据要进行空间微重力模拟试验对象的需求,分析重力卸载装置的设计要求,明确试验的流程及要求和重力卸载装置需要达到的技术指标。将重力卸载装置分解成各个系统,重点分析每个系统的结构组成和工作原理。其次,开展重力卸载装置的结构设计,运用Adams软件分析计算出试验对象的吊挂点的位移、速度、加速度、进行重力卸载装置气浮系统的结构设计及相关的理论计算、分析吊挂系统的结构设计过程和原理。设计重力卸载装置的控制系统,包括控制系统的组成,选型和控制策略的分析研究。重力卸载装置的控制策略对空间微重力模拟试验的结果有着决定性的作用,本文根据实际试验过程,结合重力卸载装置自身结构,设计了基于角度编码器的水平方向随动控制策略和基于力传感器的竖直方向的随动控制策略,利用Matlab进行仿真,验证了控制策略的快速性、有效性。最后搭建试验平台相关的机械和电气系统,进行重力卸载模拟试验,将实验结果与传统空间微重力模拟的方法所得到的结果进行对比,验证重力卸载装置设计的合理性和有效性。