大型物体（如失效卫星和运载火箭上面级）在轨道上的解体是空间碎片的主要来源[1,2]。凯斯勒提出了一个理论假设，认为当低地球轨道（LEO）上的空间碎片和在轨卫星密度达到临界阈值时，碰撞事件产生的碎片可能会造成灾难性破坏[3]。这种情况将导致近地轨道充斥着危险的空间垃圾，对太空探索和在轨卫星服务构成严重挑战[4]。根据欧洲航天局（ESA）空间碎片办公室（2025年4月1日）的最新数据，大约有5000块空间碎片的直径超过10厘米[5]。美国国家航空航天局（NASA）[6]和ESA[7]都强调，主动清除大型碎片是稳定轨道环境、防止凯斯勒效应的唯一手段，建议每年清除5到10个大型空间碎片。在各种碎片清除技术中，空间网捕集技术因其对中型和大型碎片的良好适应性以及成熟的技术准备水平（TRL）[8,9]而脱颖而出。
网捕集技术利用柔性网捕捉目标并与之建立柔性连接。研究人员和工程师已经进行了广泛的理论分析和模拟研究，涵盖了从基本概念到工程实现的所有方面[[10], [11], [12], [13]]。2002年，ESA提出了用于机器人地球静止轨道恢复器（ROGER）任务的网捕集概念，该任务旨在为机器人系统配备网装置以捕捉目标并将其移至处置轨道。随后，从2011年开始，ESA启动了e.Deorbit任务，旨在发射网来捕捉空间碎片。2018年，萨里空间中心成功进行了首次在轨网捕集系统演示，展示了其在未来实际应用中的潜力。关于网捕集系统的动力学和控制，Gärdsback和Tiber[14,15]开发了分析和模拟模型，研究了旋转空间网和膜的展开行为。Ru等人[16]建立了柔性网与碎片之间的耦合动态模型，考虑了柔性网的本构动力学以及碎片的平移和旋转动力学。同时，Huang等人[17]通过将网离散化为节点并执行雅可比矩阵分析，提出了柔性缆绳-网系统的非线性动态建模框架。然而，传统的缆绳-网捕集系统在处理小型空间碎片时存在局限性，因为它们的鲁棒性不足。
实验验证在推进空间碎片清除技术方面起着关键作用，相关努力主要分为两类：微重力测试和地面测试[[18], [19], [20], [21]]。微重力测试通常使用抛物线飞行或探空火箭等平台进行[22]。例如，Cercós和Stefanescu[23]利用抛物线飞行产生的短时微重力环境实验研究了网捕集过程，使用高速摄像机记录网和牵引体的运动。Mao等人[24]通过探空火箭进行了网发射和展开实验，为理解网在失重环境中的动态行为提供了关键数据。虽然这些测试能有效减轻重力影响，但成本较高且重复性有限。相比之下，地面测试在学术研究中被更广泛采用[25,26]。通过使用空气轴承平台、悬挂式重力补偿系统等技术减少重力干扰，研究人员进行了全尺寸或接近全尺寸的网捕集实验[27,28]。Botta等人[29]在地面设置中系统地测试了网闭合和捕捉过程中的动态响应。此外，地面测试能够精确测量接触碰撞力、缆绳张力和系统反应等关键机械参数，为完善和优化网捕集系统的动态模型提供了重要数据。然而，当前的研究很少考虑缆绳-网系统从储存袋中取出时所受的阻力。
为了解决空间碎片的柔性捕捉问题，本文提出了一种改进的网膜捕集系统，该系统在网的中心区域集成了柔性膜。第二部分设计了系统的初步配置，第三部分建立了包括网和膜折叠及展开在内的动态建模技术。第四部分进行了实验，测量了柔性网膜组件的抗拔出力。随后，开发了一个包含测量到的抗拔出力的动态模拟模型，模拟了从网膜折叠和展开到目标捕捉的整个过程，并进行了地面测试以验证网膜捕集系统的展开性能。第五部分使用建立的模型进行了参数研究，分析了发射速度、发射角度和牵引体质量对系统展开性能的影响。最后，提出了结论性意见和未来研究方向。
