HALO月球表层采样作业装置结构设计

该装置面向地外天体表层探测采样任务场景设计，核心作用是在低重力、高真空的月表环境下，完成1-2厘米粒径岩块与细粒月壤、浮尘的在线分离与收集，适配巡视器搭载的无人自主作业流程，无需人工干预即可完成连续采样动作。装置整体采用同轴嵌套的双滚筒结构，外层为带聚四氟乙烯内衬的固定金属外筒，低摩擦内衬可减少月壤颗粒在筒壁的粘附卡滞，避免极端温差下细粒物料结块造成的机构卡阻；内层为可旋转的金属过滤滚筒，筒壁按功能分区开设不同规格筛孔，其中覆盖300度范围的小尺寸筛孔用于截留大粒径岩块、透筛细粒月壤，剩余60度区域开设大尺寸切口，用于尺寸不小于2厘米岩块的通过与归集。作业时装置通过机械臂挂载调整姿态，首先将前端采样铲以固定下倾角压入月表下约10厘米深度，随巡视器低速行进将表层物料铲入进料通道，内层滚筒在驱动元件带动下按设定转速旋转，细粒月壤透过小筛孔进入外筒与内筒的环形腔室，沿导流结构滑落至下部细料收集容器；当内筒旋转至大尺寸切口对准进料侧时，截留在内筒中的大粒径岩块会通过切口进入内筒中心腔室，沿导流结构滑落至粗料收集容器，过程中驱动元件的转动惯量可辅助带动物料翻动，避免筛孔被棱角状岩粒堵塞。结构设计上充分考虑低重力环境下的物料运动特性，内外筒环形间隙最小控制在2厘米，确保2厘米粒径岩块可顺畅通过不发生卡夹；外壳采用碳纤维复合板材与薄壁金属结构组合成型，在满足结构强度、耐受极端昼夜温差的前提下尽可能压缩整体重量，旋转支撑采用定制耐极端温度塑料轴承，无需额外润滑即可在真空环境下长期工作，避免常规润滑脂在真空环境下挥发失效。装置前端采样铲采用曲面导流设计，可将铲取的物料顺畅导入滚筒筛分区域，整体安装接口适配巡视器机械臂的标准挂载点位，作业过程中可配合机载视觉传感器实时监控采样填充状态，当收集容器达到额定容量后即可停止作业，整套机构可重复执行采样动作，支持多点位表层样品的分层收集，筛分后的粗细样品分舱存储，可满足后续月壤物性分析、岩块成分检测的不同样品需求。