● 摘要
月壤是月球的重要组成部分，也是人类认识月球的基本切入点，通过特殊设计的月壤采样器对有价值的关键月壤进行采集，并采用专用仪器进行分析将是我们认识月壤的最直接有效的方法。因此，如何设计一种能够在月球的苛刻环境中可靠采样的月壤采样器就成为解决问题的关键。本文针对目前国内外月壤采样器采样深度浅，采样量少，所采样品不能保持原样，缺乏实践基础等缺点进行深入分析，提出了一种新型的月壤采样器方案，可有效解决上述问题。该方案设计了特殊结构的钻杆，钻杆外侧为大导程螺旋，在钻杆下钻过程中可以及时将月壤排出，便于钻杆下钻；钻杆内部为空心结构，下钻过程中月壤容易进入空腔并被采集。钻杆下部还配有特殊设计的防脱落装置，防止已采集到的样品从钻杆中脱出。为了实现深层采样，设计了专门的换杆机构可以将多根短钻杆进行对接形成一根长钻杆，解决了空间受限情况下采取深层样品的难题。特殊设计的钻杆对接头能够实现钻杆可靠的对接与拆分。采样器所有动作只采用两个直流无刷伺服电机即可实现，结构设计精巧新颖，节省功耗。文中首先对比了月球环境与地球环境的巨大差异，阐述了月壤采样的特殊难点并提出了相应解决方案，之后对月壤采样器的总体方案进行了设计，并在此基础上对机械结构设计进行了详细介绍。为保证采样任务的顺利进行对钻探理论进行了研究，并对相关参数进行了设计，然后设计了月壤采样器的控制系统。通过虚拟探测仿真研究验证了采样器工作的可靠性，并研制了月壤采样器的物理样机。文章最后对已有研究内容进行了总结并对今后要进行的工作进行了展望。