本发明涉及航天器在轨维修地面虚拟验证系统，包括：人机交互系统，用于向参试宇航员显示虚拟在轨维修过程，并通过带有力反馈的数据手套完成虚拟在轨操作；虚拟场景系统，用于模拟航天器在轨维修场景及过程；外部显示系统，用于显示虚拟在轨维修过程及维修数据；维修评价系统，用于根据由外部显示系统所展示的虚拟在轨维修过程和维修数据评估在轨维修效果，并根据上述评估结果修改在轨维修方案。本发明还涉及利用上述系统实施的航天器在轨维修虚拟验证方法。