随着探月工程进入最后阶段及未来航天发展的任务规划,深空探测的采样返回是我国航天技术攻关的重点,采样返回的传统方法是将两大型航天器进行空间合作目标交会对接,利用航天器交会对接形成的密封通道来转移采样容器。采样容器重量轻、体积小,而合作目标交会对接机构通常质量大、结构复杂、控制精度要求高且成本巨大,因此如何降低交会对接资源需求与机构重量,简化交会操作,优化采样容器转移任务方案成为采样返回技术研究的关键。针对合作目标对接机构中存在的不足,本文设计了一种新颖的采样容器非合作目标捕获机构并开展了相应的研究工作,具体内容如下:首先,设计了一套用于对采样容器进行在轨抓捕的地外天体采样容器捕获机构。结合捕获机构对于捕获包络、结构重量和性能的要求对各子机构进行了详细设计,建立了捕获机构的三维几何模型,分析了捕获机构的工作原理和各部件的功能。其次,采用Lagrange方程对捕获机构刚柔耦合模型进行理论分析。确定变形后质点在惯性坐标系下的位矢,得到系统的动能和势能表达式,然后采用假设模态法对变形位移进行离散,得到系统在广义坐标下的动力学方程。然后,由于采样容器捕获机构工作环境为地外太空,恶劣的空间辐射可能使捕获机构发生较大热变形,因此对机构易产生热变形的柔性旋转网进行了热仿真分析,为了确保捕获机构的强度和刚度满足设计要求,对结构关键件进行强度校核。热力学仿真和强度校核结果表明,机构的热变形较小,强度和刚度满足设计要求。最后,在ADAMS中建立了捕获机构的刚柔耦合动力学仿真模型,不同工况下的动力学仿真结果表明机构能够成功捕获到目标且捕获过程的时间和碰撞力等参数均满足设计要求,充分验证了机构设计的合理性。