NASA Rassor碳纤维桶鼓采掘承载结构

　　该桶鼓构件面向地外天体表层采样作业场景设计，作为行星探测采掘终端的核心承载部件，主要承担表层月壤/星壤的切削收集、临时容存与定向输送功能，适配低重力、高真空、大温差的极端作业环境，可在探测车低速行进过程中完成连续采样作业，避免传统采掘结构在低重力环境下出现的壤料抛洒、切削阻力波动过大的问题。从结构功能划分来看，主体采用碳纤维铺层成型，充分利用碳纤维材料比强度高、线膨胀系数低的特性，在保证整体结构刚度的前提下大幅降低构件自重，减少探测车行进与作业过程中的负载消耗；周向均布的安装位用于固定铝合金材质的铲刃构件，铲刃采用小倾角切削刃设计，可在低轴压条件下切入密实星壤表层，刃口做了钝化处理以应对星壤中可能存在的硬质岩屑磨损，铲体与桶鼓主体的连接采用沉头定位结构，保证安装后铲刃端面跳动量控制在作业允许范围内，避免作业过程中出现卡滞或切削负载突变。

　　内嵌的电枢组件为桶鼓的回转作业提供动力传输接口，电枢与碳纤维主体之间设置了隔热衬层，避免动力传输过程中产生的局部热量传递到碳纤维铺层，影响材料长期使用性能。设计过程中优先考虑了安装边界的适配性，桶鼓的轴向定位止口与径向安装孔位完全匹配探测车采掘臂的终端接口，无需额外设计转接构件即可完成装配；回转过程中，桶鼓周向的异形凸缘结构可在容腔内部形成导流面，在铲刃切削收集的星壤进入容腔后，随着桶鼓回转将壤料引导至中心输送通道，避免壤料在容腔内壁粘附堆积。

　　从结构细节来看，桶鼓端面的连接孔位采用了局部金属嵌件加强设计，避免碳纤维材料在反复拆装、受交变载荷的过程中出现孔边分层、开裂的问题；铲刃与桶鼓主体的贴合面做了平面度管控，保证装配后无局部间隙，防止细颗粒星壤进入连接缝隙造成磨损卡滞。考虑到地外作业过程中无法进行常规维护，所有运动配合面均采用了固体润滑涂层处理，避免真空环境下润滑脂挥发失效的问题；碳纤维主体的铺层方向经过多轮仿真优化，周向铺层占比高于轴向铺层，可承受回转过程中星壤对内壁的周向挤压载荷，同时在铲刃安装位置做了局部铺层加厚，抵消切削过程中传递到主体的局部冲击载荷。

　　实际作业过程中，桶鼓随采掘臂下放至星壤表层后，通过电枢驱动低速回转，铝合金铲刃逐层切入星壤，切削下的壤料沿铲面滑入桶鼓容腔，随着桶鼓持续回转，容腔内的导流凸缘将壤料抬升后送入中心输送通道，完成采样收集动作；当遇到表层硬质岩块时，铲刃的钝化设计可避免刃口崩损，同时碳纤维主体的微变形特性可缓冲局部冲击载荷，保护臂端传动构件不受过载冲击。构件的外形尺寸完全适配探测车的整车包络要求，收回状态下不会超出探测车的外形边界，避免行进过程中与星体表面凸起岩石发生碰撞；安装接口的公差带按照航天级装配要求管控，可保证多批次构件的互换性，无需现场修配即可完成快速更换。