由于太空的微重力环境,使航天员的舱外操作和在地面的动作有很大的不同。为了高的可靠性,航天员在舱外的操作需要在地面做长时间的训练,同时,一些安全保护措施也需要在地面做充分试验与验证才能使技术成熟并投入使用。所以通过物理方法在地面实现模拟太空微重力环境实现对航天员的训练和试验,是航天员安全进入太空完成各种操作的基础。本文采用静压气浮技术,设计了可供宇航员操作训练的三自由度微重力模拟系统,并对该系统基础技术微重力环境动力学以及气浮流体力学进行了理论建模、仿真计算和实验研究。本文完成了宇航员三自由度微重力操作训练系统的完整设计。该系统将模拟太空站和穿航天服的航天员分别放置于气浮台上。太空站模拟器上安装了电连接器的装拆操作组件(推拉操作)和螺栓螺母装拆的操作组件(扭转操作),可供站立于另外一个气浮台上的航天员做推拉以及扭转操作训练；当两个气浮台供气后,气浮台与支撑平台之间产生气膜,使气浮台在平台上自由移动与转动,从而模拟三自由度的微重力运动状态。对太空站系统和航天服系统之间的相互作用情形进行了运动学和动力学仿真。得出了气浮平台在平移运动、旋转运动以及二者的复合运动中的速度在不同坐标系转化关系的数学表达式,建立了气浮台的运动学方程以及二维平面内的动力学方程：建立了与实验平台相对应的系统3-D模型,利用ADAMS软件,得到了气浮台在推拉操作以及扭转操作工况中不同力、力矩作用下的位移、速度、加速度关系。平面静压气浮是通过节流小孔将外部气源提供的压缩空气导入平面运动副的间隙,从而建立静压支撑。本文通过流体力学方法建立了描述该过程的数学模型,并采用FLUENT软件仿真,获得了气体在节流孔和气腔内的压力、密度、流速分布云图,从而计算得到的承载力,得出轴承的几何参数如气腔直径、深度、轴承外径、节流孔直径等参数与轴承承载力的关系。为了验证理论研究的结论,对气浮台的承载力特性进行了实验研究。对不同供气压力下气浮台的承载能力进行了测试,得出供气压力对轴承承载能力的影响。实验结果验证了仿真分析的可靠性。论文研究为多自由度航天微重力地面模拟技术的开发提供了基础,也为气浮技术的进一步发展与应用提供了依据。