万有引力常数G是自然界中广为人知的基本常数之一。从1798年卡文迪许的扭秤实验得到第一个G值以来,在接下来的200多年中,各国的实验物理学家为了能测得精度更高的G值,不断设计巧妙的实验装置,以及改进实验方法,但遗憾的是其测量精度依然是所有物理学常数中最差的。目前测G的现状是各个实验小组给出的G值在误差范围内不吻合。为找出实验中可能隐藏的系统误差,开发测量该常数的新方法以获得精度更高的G值变得越来越重要。受益于人类在过去六十余年以来对宇宙空间的直接探索,基础物理学特别是测量较弱的相互作用力（如引力）方面有了更多的实验空间,因此我们有能力将人造探测器发射到广阔的宇宙空间来进行空间测G实验。本文的主要工作是对空间测G实验方案进行研究。方案的主要思想类似于经典的重力火车机制。小的检验质量放置在较大吸引质量的中空孔中,在太空中检验质量将自发悬浮,并在引力场的作用下来回穿过吸引质量,通过测量检验质量运动的固有频率即可得到高精度G值。本文设计的实验方案包括五部分:两个等质量大小的实心硅球,其中心有一个圆柱孔;一个作为连接两个实心球的铝合金圆筒;一个较小的反射器,它将在孔内来回运动;一台具有测距功能的激光器,用于测量激光往返反射器的时间。本文首先采用格林函数和贝塞尔函数展开的方法推导出吸引质量引力场解析式,得到吸引质量通道内部的引力场分布情况,确定检验质量初始释放条件;其次通过误差评定,评估出几何与质量项和周期测量项对G值的影响并给出相应误差表;最后评估系统效应中引力梯度、环境磁场、宇宙射线、激光光子撞击、残余气体分子撞击和太阳辐射等因素导致的误差贡献。经过误差评估,几何尺寸的测量精度仍然是主要误差源,最终分析表明该方案预期测得G值的精度将好于10 ppm。