近年来，随着我国空间科学事业的迅速发展，基于虚拟现实的空间任务仿真显得越来越重要，利用虚拟现实技术对空间科学任务进行全程的模拟，不仅可以获得高效、高可靠性的设计对策，而且可以为空间科学工作者提供直观的演示效果。本论文在对虚拟现实技术进行了深入的研究之后，针对空间科学任务的需要，建立了一套易扩展、可重用、高交互性能的虚拟现实仿真系统，通过实现对空间飞行器实体、非实体对象进行虚拟仿真及可视化展示，有效集成各种实验数据，可提供包括飞行器在轨运行仿真、内部构造仿真、虚拟装配仿真、空间物理场可视化与分析、星空背景仿真等多个功能模块，为空间科学任务的设计方案论证提供有效的技术支持。本论文成功的将虚拟现实技术引入到空间科学仿真领域，并在该方向做了多方面的研究工作，设计了一款针对空间科学仿真领域的虚拟现实支持平台。论文主要完成了以下工作：（1）设计出了一套兼容性强、易扩展的平台总体架构，对平台划分了不同层次；设计了平台中的数据流向；设计了一套适用于此平台的安全性高的数据库系统。（2）研究了空间物理场的两种可视化方法：体绘制与等值面。设计了空间物理场的可视化流程与算法，并通过基于CUDA的硬件加速的方法对此技术进行了优化处理，为飞行器任务的设计提供技术支持。（3）针对飞行器在空间科学仿真任务中具体的任务进行了详细的设计，研究并实现了了飞行器可视化与控制方法、飞行器轨道可视化方法以及飞行器姿态控制等实体任务的可视化技术。（4）分析了空间科学应用任务中的关键任务之一机械臂虚拟装配的实现原理，对其中所涉及的关键技术碰撞检测等进行了深入的研究，同时，详细设计了虚拟装配的整个流程。本论文研究的意义主要体现在以下两点：（1）从虚拟仿真技术的现状来讲，本论文正是基于实验室自主开发的虚拟现实地理信息软件，设计了一个在通用性、灵活性、扩展性方面具有较好特性的虚拟现实支持平台，该系统的设计方法为今后基于虚拟现实的空间任务仿真系统的开发与设计提供了重要的指导意义。（2）从虚拟仿真在空间科学应用中所发挥的作用讲，该课题的研究有利于提高空间科学任务设计的效率。不可否认，空间科学应用任务的研究具有高风险、周期长等的一系列特点，虚拟现实仿真系统的研究在一定程度上可以降低空间科学应用任务的事故概率、缩短研制周期，同时，也可以大大的提高实验和设备的研制质量，并为空间科学应用任务的展开提供直观的、可实时交互的环境。