随着人类空间活动的增多,空间碎片的数量也以惊人的速度增长着。看似尺寸不大的空间碎片可能会对航天器造成毁灭性的影响。同时由于空间碎片的自然衰减过程相当缓慢,并且已存在的空间碎片之间又会不断发生“凯斯勒效应”(Kessler Syndrome),最终可能会使得轨道资源无法再被利用。因此要想改善空间环境,人类必须尽快进行空间碎片的主动清除工作。然而目前还没有成熟的可以运用于空间碎片清除的手段,基于这种考虑,本文提出了一种高效的可重复侵彻飞锚捕获空间碎片的方法,并进行了相关的理论研究、结构设计和实验验证等工作。首先,基于空腔膨胀理论和统一强度理论建立了飞锚侵彻靶板的理论模型,推导出了飞锚侵彻靶板过程中所受阻力的表达式,进而为后面的飞锚系统的结构设计提供理论支持;然后通过该模型和ANSYS WORKBENCH软件对飞锚侵彻靶板的过程进行了分析,并对常见的三种不同锚头形状(锥形头,卵形头和半球形头)飞锚的侵彻能力进行了比较;同时建立了飞锚侵彻多层靶板和斜侵靶板的理论模型并对其进行了仿真分析;并且对该飞锚系统的锚固理论进行了简要分析。其次,进行了可重复侵彻飞锚系统的飞锚本体结构设计和与之对应的可重复发射回收装置的结构设计。对于飞锚本体结构,设计了一种可重复伸缩结构,通过该机构,飞锚可以顺利地完成和目标空间碎片之间连接和分离的任务,为后续目标碎片的拖拽和清除等任务的执行做准备;同时对该飞锚本体的附着结构部分的锚固力进行了分析和仿真;然后针对可重复性的特点进行相应的发射回收装置的结构设计,并使之可以重复地完成飞锚的发射和回收工作。重点针对飞锚系统发射速度快和作用力大的特点,进行了飞锚发射前限位机构的设计;同时应用ANSYS WORKBENCH软件分别对所设计的飞锚本体结构和发射回收装置结构进行了仿真分析。最后,进行了地面实验平台的设计和搭建,并对所设计的飞锚系统进行了实验验证,包括飞锚本体的可重复伸展实验、一系列飞锚侵彻靶板(垂直侵彻/斜侵/多层)的实验和发射回收部分装置结构的实验。