随着航天科技的飞速发展,在轨运行的航天器的数量日益增多,由于受发射费用和空间环境等因素的影响,很少对航天器进行如地面设备常有的维护、保养、升级等,况且航天器所处的空间环境复杂恶劣。因此航天器常在其任务中出现功能失效,造成巨大的损失。而在轨模块更换技术则是利用空间机械臂自主对可接受在轨服务航天器进行故障模块更换、升级、补充消耗品等。通过对航天器的失效设备或组件进行更换、对消耗品进行补给,既可以延长航天器的使用寿命还能保持任务的持续性；通过对陈旧部件进行升级,更换退化的电池和太阳阵等,可以提高航天器的性能；如果航天器组件能够进行在轨更换和升级,则部分组件不再需要进行冗余设计,降低了设计、制造以及发射成本。本文在上述背景下,通过对在轨可更换模块的更换方式以及设计准则等的了解,从而对在轨可更换模块进行机构和结构设计,并建立三维模型,对该三维模型进行运动学仿真以及有限元分析,主要研究工作如下：(1)通过对在轨服务技术以及在轨模块更换技术的背景、概念、工作原理、任务、更换方式、设计准则等的研究,提出在轨可更换模块的机构设计方案,并依据该方案进行结构设计,利用SolidWorks软件建立该结构的三维模型；(2)利用SolidWorks软件中的Motion插件通过添加实体接触、马达、弹簧等,对在轨可更换模块进行对接的运动仿真,验证在轨可更换模块机构与结构设计的合理性；(3)利用MSC.Patran&MSC.Nastran软件对在轨可更换模块进行静力分析、模态分析。本文对在轨模快更换技术进行研究,得出在轨可更换模块的机构和结构设计方案,将对未来空间在轨服务技术的发展具有一定的参考意义。