项目简介

探月工程三期嫦娥五/六号任务的核心使命是月球无人自主采样返回。带有地质层序信息的深层月壤样品，能为月球成因和演化历史、资源赋存和可用性研究提供直接证据。钻取采样是获取深层保层序月壤样品的最有效手段。探月工程三期是我国首次地外天体采样返回任务，面临月壤及剖面特性非确知、月面环境极端、探测器重量/功耗/包络尺度约束苛刻、地月通信时延大等挑战。

自2011年起，项目组承研月球钻取采样国家任务，提出了面向月球采样设计理论与准则，首创了月球“钻-表-封”采样总体设计方案，攻克了月球钻取系统集成设计、地-月协同智能操控系统设计、月球钻取拟实验证装备设计难题，参与研制了嫦娥五/六号月球钻取系统型号产品，圆满完成了中国首次月球正面钻取采样任务(2020年)、世界首次月球背面钻取采样任务(2024年)。

1、首次提出颗粒适应性钻具设计、大尺度连续保层序取样、相似性/等效性/覆盖性等设计理念，制定了动力裕度设计、可靠性优先、有限目标保证等设计准则，解决了我国首次月球采样任务系统设计无依据的难题。

2、首创了月球“钻-表-封”无人采样总体设计方案，构建了月球采样作业场景，突破了钻取系统与探测器构型布局、动作节拍以及参数匹配设计难题，国际首次实现了一次任务同时获取表层和深层两类月壤样品。

3、提出了双管单袋内翻包覆无滑差钻取和样品收纳新方法，设计了双管单袋无滑差钻取采样机构，实现了非确知深层月壤的高适应钻进与保层序取样，在机理上解决了传统取样方法因力链卡滞存在的进样阻塞难题。

4、突破了苛刻环境和工程约束下高效能-轻量化-高可靠系统集成设计，发明了月壤组构高适应性采样钻具、钻进取芯高功率密度驱动装置、“钻进-取芯-提芯-整型-传送-展开”全链路取样机构与结构，设计了嫦娥五/六号钻取采样系统，实现我国月球钻取型号产品的从无到有。

5、构建了月球钻取采样地-月协同智能操控系统，提出时-空双域操控策略与故障预案，实现钻取作业风险快速在线辨识与高可靠钻取采样作业，解决了38万公里地月通信约束下作业安全与取样品质兼顾的操控难题。

6、提出了月球钻取采样效能相似性/等效性/覆盖性验证方法，构建国内首套覆盖真空、极温、低重力与复杂月壤剖面的钻取采样效能试验系统，实现了从原理突破到型号研制过程的全流程闭环验证。

嫦娥五/六号分别获取260克（地质学年龄最轻）和320克（背面唯一）保持层序信息的深层月壤样品，两次任务均刷新了月球无人自主钻取采样量世界纪录（Luna24为170克）。项目获省部级科技一等奖3项，授权发明专利50件、登记软著1项、专著2部，发表SCI/EI论文60篇。系统设计方法等相关成果已拓展用于嫦娥七/八号就位采样探测、天问三号火星采样返回等任务，开创了我国星球采样探测系统设计范式和技术体系。