当前,空间碎片环境日益恶劣,对于空间环境的治理任务迫在眉睫,亟需发展一种具有低成本、高效率及强通用性特点的主动式空间碎片清除系统。空间柔性网抓捕技术以其成本低、容错率高等应用优势,特别适合于对空间碎片这类非合作目标的捕获,已成为当前空间碎片主动清除技术领域的研究热点。本文以低轨空间碎片清除为应用背景,以空间柔性网抓捕技术为研究对象,基于仿生学理论与方法开展应用研究,提出了一种批量低轨空间碎片清除方案,以蜘蛛网捕食为生物启示,开展了“蛛网式”空间柔性网抓捕机构的方案设计与相关动力学分析研究,并完成了“蛛网式”柔性网抓捕机构地面原理样机的研制与试验,取得了一些有益成果。（1）低轨空间碎片批量清除任务设计。通过对低轨空间碎片环境进行统计分析,提出了一种多对多的批量低轨碎片清除概念;通过轨道计算,分析了批量碎片清除任务的可达区域,通过可行性分析,拟定了一种批量低轨空间碎片清除任务的轨道机动方案;基于空间柔性网捕获技术,对批量低轨空间碎片清除系统进行了方案设计,并制定了系统工作流程。（2）空间柔性网抓捕机构仿生设计。以蜘蛛结网捕食为生物启示,将蜘蛛网作为仿生对象;基于仿生学的理论及方法,阐述了空间柔性网抓捕机构的仿生设计思路;通过仿生映射,设计了“蛛网式”空间柔性网抓捕机构的总体方案和改进方案,并研制了地面试验样机,为空间柔性网捕获机构的结构设计提供了新思路。（3）仿生柔性网旋转展开过程动力学与扰动特性分析。推导了传统柔性网抛射展开动力学模型和仿生柔性网旋转展开动力学模型,对仿生八边形柔性网旋转展开过程与四边形传统柔性网抛射展开过程进行了数值仿真,分析了网体变形、质量块运动状态及网体绳段运动状态等动力学特性,针对仿生柔性网展开后发生的应力波现象进行了理论分析和力学解释。结果表明:通过离心力旋转展开的仿生柔性网,相对于传统抛射展开方式无论在展开效率还是在展开动力学性能方面均能更好地适应空间碎片清除任务要求,在网体构型保持方面具有更好的结构稳定性和抗干扰能力,进一步验证了本文仿生设计方案的可行性。（4）仿生柔性网模态特性与静态加载性能分析。研究了仿生八边形柔性网的模态特性与静态加载性能,并与四边形传统柔性网进行了对比分析,结果表明:相比与四边形网体构型,仿生柔性网构型具有更强的结构稳定性及能量耗散性能,验证了仿生设计方案的可行性。（5）仿生柔性网碰撞过程动力学分析。建立了碰撞检测流程,推导了刚柔耦合碰撞动力学模型,基于有限元方法描述了柔性网碰撞过程求解方法,分别以“面、线、点”设定目标与网体接触的初始状态,设计了三种碰撞工况,对比分析了仿生柔性网体与传统柔性网体在碰撞过程中的动力学表现。结果表明:仿生柔性网在对目标进行抓捕碰撞的过程中具有更强的容差能力,充分验证了本文仿生设计方案的合理性。（6）“蛛网式”柔性网抓捕机构地面试验。基于仿生设计方案,进搭建了地面试验系统;开展了“蛛网式”柔性网抓捕机构原理样机的仿生网体旋转展开与目标抓捕试验;总结分析了试验过程与结果。试验结果验证了仿生柔性网旋转展开及抓捕方式的有效性和可靠性。论文研究立足于空间碎片环境治理的发展需求,开展了批量低轨空间碎片清除任务设计,以蜘蛛网为仿生模板提出了一种新型“蛛网式”空间柔性网抓捕机构设计方案,研究了仿生柔性网展开过程及碰撞过程数值仿真分析,开展了地面原理样机的设计研制与试验。论文研究成果为空间柔性网抓捕机构设计提供了思路借鉴,为空间柔性网关键技术研究与工程实现提供了理论基础与试验支撑,对未来空间环境治理具有重要意义。