NASA RASSOR鼓式采矿滚筒结构设计

　　该滚筒组件面向地外天体表层采样作业场景开发，核心作用是在低重力、无大气的作业环境下完成表土切削、集料与暂存，为后续资源原位利用提供原料输送前端。整套构件采用三段式鼓体布局，两端为直径偏小的外鼓段，中间为直径更大的集料鼓段，三段同轴布置，整体形成两端收窄、中部扩容的空心壳体结构，这种布局并非单纯追求造型差异，而是结合低重力环境下的集料效率反复调整得到的结果。两端外鼓的外圆周均布切削刃，作业时滚筒绕自身轴线回转，切削刃先接触星表固化表层，将板结的月壤或火星土刮削成松散颗粒，随着滚筒持续转动，松散颗粒顺着两端鼓体的锥面导向滑入中间直径更大的集料腔。锥面开口的倾斜角度直接决定集料效率：倾角过小，刮下的散料容易在回转过程中从两端洒落，

　　无法有效进入中间腔体；倾角过大，则会压缩切削刃的有效作业宽度，降低单次行进的切削覆盖面积。最终确定的锥面角度在保证散料定向滑移的前提下，尽可能保留了两端切削刃的轴向作业长度，配合中间鼓段的扩容腔体，可让大部分刮削下来的表土直接留存于腔体内，减少低重力环境下散料飘散、洒落的问题，同时在卸料阶段，腔体内部的散料可借助滚筒反转快速从两端锥口排出，缩短卸料耗时。中间鼓段内壁布置有轴向加强筋，由于滚筒在切入硬土层时会承受较大的径向冲击与扭转载荷，空心鼓壁若仅靠自身壁厚承载，容易在切削刃根部出现应力集中，加强筋沿鼓体内壁周向均布，既可以提升鼓体整体抗扭刚度，避免薄壁结构在交变载荷下出现屈曲变形，也能在集料过程中对腔体内散料起到一定的搅动作用，

　　防止湿黏或细颗粒表土在腔体内板结架桥。滚筒两端设置同轴安装轴孔，可直接与采样机械臂的驱动输出轴对接，轴孔周边为平整安装面，能够适配标准法兰连接结构，驱动侧可传递旋转扭矩，从动侧可配套支撑轴承组件，保证滚筒回转过程中的同轴度。从安装边界来看，滚筒总直径控制在450mm级别，轴向总长度336mm，单段外鼓的轴向宽度为170mm，该尺寸可适配中小型星表采样巡视器的前端作业臂安装空间，不会与巡视器底盘、行走轮系产生运动干涉；滚筒整体质量控制在4.4kg，采用铝合金作为主体加工材料，在满足结构强度的前提下尽可能降低构件自重，减少发射阶段的载荷成本与作业过程中机械臂的负载压力。集料腔体的有效容积约47.5升，

　　正常作业状态下填充率可达到70%以上，能够满足单次采样作业的集料量要求。外鼓表面除切削刃外，还加工有细密的周向防滑棱，一方面可以在滚筒接触松软表土时增加摩擦力，避免切削过程中出现打滑空转，另一方面也能对刮下的散料起到导向作用，让颗粒更顺畅地向中间腔体滑移。切削刃采用与鼓体一体化的结构设计，避免装配式刀片在高强度冲击下出现连接松动，刃口角度经过优化，既能切入硬度较高的星表固化层，又不会因为刃口过薄导致在冲击载荷下崩裂。整套滚筒的结构设计充分考虑了空间作业的维护性需求，整体无复杂的内部活动构件，仅靠自身回转即可完成切削、集料、卸料全流程，不需要额外配置复杂的集料输送机构，大幅降低了作业故障概率。在地面模拟工况测试中，该滚筒可在模拟月壤、模拟火星土等不同物性的表土介质中稳定作业，针对细颗粒、弱黏性的散料集料效率表现优异，锥面导向结构可有效减少散料在滚筒两端的残留，加强筋结构在反复切削冲击后未出现明显形变，整体结构可靠性能够满足地外采样任务的严苛工况要求。