NASA纳萨鲁纳采样作业设备结构设计

该采样作业设备主要面向地外天体表层样本采集作业场景设计，可适配着陆器搭载的作业机械臂末端安装需求，在低重力、高真空的极端环境下完成表层岩土样本的收集、暂存作业。设备整体采用多段式折角箱体结构，外壳主体采用轻量化航空铝合金板材拼接成型，外表面布设密集的等径通风冲孔，既可以降低设备整体自重，也能在采样作业过程中快速排出样本裹挟的浮尘，避免细颗粒粉尘进入设备内部传动结构造成卡滞。设备侧面预留标准机械臂连接法兰接口，安装边界与现有航天作业机械臂末端执行器的安装孔位完全匹配，无需额外设计转接结构即可完成快速装夹，整体安装后突出机械臂安装面的尺寸控制在合理范围内，不会对着陆器的收纳、展开动作造成干涉。设备前端设置倾斜式采样导入口，导入口边缘做圆弧钝化处理，避免采样过程中刮蹭天体表层硬质岩石造成刃口崩损，导入口内部衔接螺旋导料槽，可将采集到的岩土样本顺畅导入后方的样本暂存腔，暂存腔采用密封式卡扣设计，样本收集完成后可自动闭合密封，避免样本在转移过程中出现洒落或者被宇宙射线污染的情况。设备顶部集成小型驱动电机与传动齿轮组，整体传动结构采用全密封设计，所有转动配合面均加装耐高低温的特种润滑脂与防尘密封圈，可适应-180℃到150℃的极端温度交变环境，不会因温度骤变出现传动卡滞或者密封失效的问题。设备外壳表面做硬质阳极氧化处理，抗宇宙射线辐照、抗微陨石冲击的性能满足深空探测作业的相关要求，表面印制的标识采用耐高温特种油墨印刷，不会在极端环境下出现脱落、褪色的问题。设计过程中针对采样作业的受力情况做了有限元仿真优化，在采样头接触硬质岩石的极限受力工况下，设备整体结构变形量控制在0.2mm以内，不会因受力变形导致采样动作失效，同时整体自重控制在较低水平，可有效降低航天发射的载荷成本。设备的采样作业角度可通过机械臂的动作灵活调整，可适配不同倾斜角度的天体表层作业面，无论是平坦的岩质地表还是带有一定坡度的碎石区域，都能顺利完成样本采集作业，采样过程中设备的通风冲孔结构可同步完成样本的初步筛分，将粒径过大的岩石块阻挡在采样口外，仅将符合粒径要求的细颗粒岩土样本导入暂存腔，减少后续样本处理环节的工作量。