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空間是人類的第四生存空間，也是國際戰略競爭的制高點，美國、俄羅斯等國紛紛建立“天軍”，意圖占領空間，保持戰略競爭優勢。習近平總書記也在多個場合發表重要講話，指出“加強新型太空力量建設是我國邁向航天強國的必然選擇，是國防和軍隊現代化加深的戰略重點，是國家安全體系之集大成者”。而保持太空競爭的關鍵重要抓手是空間目標操作與控制技術。
航天器在軌維護是最能體現空間目標操作與控制技術實力的重要任務。依托航天器在軌維護研究空間目標操作與控制一直是當前各國航天強國研究與教學的熱點。但在空間在軌維護中，由于空間失重環境與天地通信的特殊性，機器人近距離交會、運動學、協調控制、天地時延等很難模擬，尤其是空間機器人特有的非完整運動規劃在地面環境完全無法模擬，導致學生僅能通過書本學習相關知識，嚴重缺乏對空間機器人、在軌服務的理解，在學習中完全依靠想象，教學效率極低，學生接收難度極大。本
虛擬仿真實驗依托西北工業大學航天學院、航天飛行動力學國家級重點實驗室建設，通過虛擬仿真形式使學生多角度直觀理解與學習空間交會任務/在軌服務任務設計、機器人運動規劃、協調控制、天地遙操作等，與理論相結合，顯著提升教學效果，并引導學生深入學習。
實驗的詳細開設目的：
1、解決空間失重環境難以模擬的問題。地面模擬空間失重環境需要氣浮臺、中性浮力水池或吊絲配重等復雜昂貴的實驗設施提供空間系統地面實驗必備的模擬失重環境，但是不同的失重模擬設施和方法均難以完全消除環境力，無法完全模擬失重運行環境；同時，空間機器人為復雜多體系統，其運動自由度遠超于衛星等單體航天器，現有失重模擬設施模擬其復雜運動特性有較大的技術難度，而利用虛擬仿真實驗可以更真實的模擬空間機器人在失重環境下的復雜動力學特性。
2、解決空間機器人系統實驗設備不足問題。
空間操作實驗需要空間機器人實驗系統等昂貴的設備，國內只有極少數高校和研究所具備相關設備，數量極其有限，且需要昂貴的運行成本。因此，只能采用分組的方式進行實驗，無法讓每位學生全面、全程參與到實踐教學中，無法保證實踐教學質量，而利用虛擬仿真實驗平臺可以極大降低實驗平臺的可獲得性，有效提高實驗教學效果。
3、解決實驗系統受限的問題。
受限于設備研制成本等因素，通常僅設計一種或幾種典型設備，設備類型不足從根本上制約了實驗類型的多樣性，嚴重限制探索性創新實驗的開展。利用虛擬仿真實驗可以突破實體實驗系統的制約，通過參數化設計方法按實驗任務需求設計不同的空間機器人系統，充分發揮學生的主觀能動性和創新熱情，完成不同類型的創新實驗。
4、降低實驗設備及實驗人員安全風險。
空間機器人系統組成復雜，系統操作難度較高，需要有較為豐富的經驗，若調試不當可能發生碰撞等情況，有可能損壞設備甚至造成人員傷害。通過虛擬仿真實驗可以用較低成本讓每個學生均可安全地參與到空間機器人系統的操作實踐中，同時可以起到“虛實結合”，降低學生在高年級和研究生階段操作實體機器人系統實驗的風險。
5、提升開放范圍，讓更多的人可以獲得優質教育資源。
西北工業大學在航空航天、兵器等相關學科有深厚的教學和科研積累，是國內開設空間維護技術相關實驗的極少數高校之一。通過虛擬仿真實驗系統，可以將西北工業大學在空間操作技術方向的科研優勢和教學優勢向公眾開放，為所有有意學習的學生及社會人員提供一個隨時可得的實驗平臺，實現優質教育資源的開放和共享，讓更多的人收益。
本虛擬仿真實驗的教學目的：
1、理解空間操作任務的流程。
通過虛擬仿真實驗，使學生能夠全流程參與復雜空間操作任務的方案設計、測試和實施過程，完成典型空間操作任務，了解失效航天器在軌維護任務的關鍵環節，加強學生對《空間機器人基礎》等課程理論知識的認識；
2、掌握空間機器人系統組成、工作原理和動力學特性。
通過虛擬仿真實驗，使學生了解空間機器人在空間操作任務中的作用，熟悉空間機器人的系統的運動學和動力學建模，根據空間機器人的運動，理解空間機器人的動力學特性；
3、掌握空間機器人運動規劃技術。
根據空間操作任務需求，設計任務關鍵步驟的空間機器人運動路徑，通過實踐加深學生對不同路徑規劃算法的理解。
4、加深對航天前沿技術的了解。
空間操作技術虛擬仿真實驗為大學生提供了具體實用化的空間操作任務和場景，讓學生能夠接觸航天技術發展前沿，體會航天技術發展方向，體驗前沿科研的工作方法。
5、培養自身科研基本技能。
基于虛擬仿真實驗平臺開展科研訓練，通過創新性實驗項目，針對空間操作任務中的不同問題，通過嚴謹的工作方法、靈活創新的解決手段和團隊的通力協作，逐步攻克難題，從而激發學生對科研探索的激情，樹立自力更生、艱苦奮斗、大力協作、無私奉獻、嚴謹務實、勇于攀登的航天傳統精神。