含冰月壤冻土钻取采样方案设计与验证

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.