摘要：为降低月壤采样器的功耗,并减小工作反力,提出一种双体振贯式采样方法,详细设计了两种不同磁力驱动方式的采样器,采用电磁仿真软件得到了采样器的驱动力,利用离散单元法数值模拟软件研究了颗粒单向运移特性,开展了采样器对模拟松散月壤和月壤硬岩的掘进采样试验,验证了采样器的驱动力大小。试验结果表明:采样器针对模拟松散月壤具有较高的掘进速率,对模拟月壤硬岩具有一定的破碎掘进能力。可为未来深空探测星壤采样装置设计提供参考。

摘要：我国探月工程四期拟在月球南极开展着陆探测,目标之一是对月球永久阴影坑内的含冰月壤冻土进行采样和原位分析。根据对月壤采样分析技术特点和永久阴影坑环境条件的分析和总结,认为采样方案需要具有月壤冻土高效钻进、重复使用多点采样和获取碎屑形态样品的能力,由此提出使用深槽螺旋钻以回转冲击钻进模式进行月壤冻土采样的方案。从提高钻进能力、保证采样能力2个方面对深槽螺旋钻结构和作业规程的关键参数进行识别、分析与设计。使用CUG-1A模拟月壤,对钻具的钻进能力和采样能力进行解耦性试验验证,在4.0%含水率高密实度模拟月壤冻土中,钻具可以在140 N钻压力条件下达到45.8 mm/min的平均钻进速度,获取7 g以上月壤样品。文章的研究结果验证了使用深槽螺旋钻进行月壤冻土钻取采样的可行性,可为我国未来开展月球极区含冰月壤采样探测提供可选方案。

摘要：面向未来围绕水冰的月球极区月壤采样与原位分析任务需求,使用深槽螺旋钻具实现月壤采样是一种较有优势的方法。但目前关于深槽螺旋钻具对于月壤的采样特性尚未见充分的研究报道,且由于有别于传统浅槽螺旋钻的结构特点,已有理论成果的适用性不佳。本文建立了一种用于描述深槽螺旋钻具对月壤输送特性的动力学模型,能够建立采样效果与钻具结构、钻进规程参数的响应关系。使用CUG-1A模拟月壤,钻进规程参数对螺旋槽内捕获月壤样品密度的影响进行了实验测试,测试结果验证了模型的正确性。研究结果表明:进给速度对于采样密度的影响较小,而钻具转速的影响较大;转速与进给速度的不同组合使深槽螺旋钻的输送模式存在摩擦输送、挤压输送和堵钻3种模式,为获得较好的采样效果,应该将规程参数控制在挤压输送模式的区间内。

摘要：本文针对中国探月工程月壤采样与返回任务对表层月壤采样机构的需求，提出了一种新的导轨摆臂式表层月壤采样机构，末端采样器以铲挖方式为主，棘轮旋挖方式辅助破岩，并具有样品临时存储、防外流及转送功能，其样品获取量大，对月壤的适应性强，样品转送方式简单可靠；位置伺服机构由直线导轨和摆臂组合而成，使用移动副解决了较大位置差条件下，双作业工位的位置转换问题，运动规律简洁、各自由度不耦合，控制算法简单，刚性好，易于保证较高的位置精度，可靠性高。为了验证该表层采样机构原理的正确性和方案的可行性，本文详细设计了采样机构原理样机，并进行了功能实验，实验结果表明：表层采样机构能够实现预定的运动规律、位置控制及铲挖采样功能，运动平稳、重复性好，原理正确、方案可行，为月球及其它行星表层采样提供了一个新颖的备选方案。

摘要：为了深入研究月球演化历史以及太空环境对月球土壤的风化影响,需要定量分析月球表面物质与次表层物质的状态差异。研究提出一种依据彩色图像数据分析月壤状态差异的方法,利用嫦娥五号任务采样期间获取的月球表面铲挖前后的图像数据,分析了每次铲挖前后月球表面的图像灰度表现特性等特征,分析结果表明:月球次表层物质的平均反射率小于表面物质,全色谱段中的平均变化率为-24.71%;局部区域的月球表面次表层物质的平均反射特性基本一致,全色谱段中的平均变化率为-0.30%;月球表层颗粒形态与次表层颗粒形态可能不一致;月球表层颗粒与次表层颗粒组成和化学分子结构可能不一致。分析数据表明嫦娥五号采样位置铲挖前后的原态月壤和新鲜月壤存在明显状态差异,研究结果可为我国后续月球采样实施方案的改进提供基础数据。

摘要：月壤样品袋整形是探月工程月壤采样的重要一环。传统仿真分析是按照给定的几何参数和材料参数进行动力学建模。本文运用逆向思维,在样品袋顺利缠绕条件下,建立整形缠绕系统的运动学模型;根据样品袋顺利缠绕的运动方程和受力分析,得到顺利缠绕的卷筒驱动条件和结构运动参数范围。结果表明,导向套运行速度是影响缠绕的关键因素,且需要与卷筒角速度匹配调整。当卷筒角速度为0.6 r/min时,导向套运行速度调整为11.63 mm/min,可以使样品袋重叠点和失效范围达到最小。研究结果为样品袋整形缠绕系统设计提供了参考。

摘要：基于离散元方法建立了考虑颗粒间扭转、弯曲力矩及等效引力作用的三维离散元月壤模型,利用三轴仿真试验标定模型细观参数,得到满足真实月壤宏观力学特性的仿真模型。对月壤钻取和整形过程进行了仿真设计,提出了"分层概率法",以每层月壤在运动过程中向邻层错动的概率评价层理保持特性。由仿真结果可知:月壤钻进取样过程中样品层理信息会遭到钻取和整形两次破坏,二者破坏程度相当,且越靠近表层层理信息破坏越严重。分层概率法可有效描述月壤钻取与整形过程月壤样品的层理信息破坏情况,分析结果可为月壤采样机构设计提供参考。