航天用模块化串联式鼓形挖掘作业头

　　在深空探测原位资源利用场景中，地外天体表层风化层采集作业长期面临作业边界受限、单次作业覆盖范围不足、设备冗余度高的问题，这款鼓形作业构件正是针对这类场景开发的核心执行部件。不同于常规行星轮式、铲斗式采集机构，该构件采用多层嵌套的鼓形壳体结构，外层壳体周向均布凸起的破岩齿，齿形采用小锥角钝头设计，作业时首先接触表层松散风化层，通过构件自身的回转动作逐步压实下方浮土，避免浮土坍塌掩埋作业面，同时将表层松散物料向壳体中心导流。内层嵌套的螺旋导流叶片采用与外层回转方向匹配的旋向设计，当外层破岩齿完成表层剥离后，螺旋叶片随构件同步回转，将导流至中心区域的物料向构件后方输送，配合反向回转的排料接口，可直接将采集到的岩土物料输送至后端存储或处理单元，无需额外设置中转集料结构，大幅压缩采集机构的轴向安装尺寸。

　　从安装边界来看，该构件采用方形法兰对接接口，法兰端面设置定位销孔与快装锁紧槽，可与同规格的作业模块实现轴向串联，单模块的径向最大尺寸控制在适配小型行星探测车机械臂末端负载的范围内，串联后可根据作业深度需求叠加模块数量，无需更换整个作业头，单模块失效时可直接快速拆解替换，适配地外作业无法携带大量备用整机的约束条件。周向布置的破岩齿采用可更换式嵌装结构，齿根设置定位卡槽，磨损后可直接从壳体外侧拔出替换，无需拆解整个壳体结构，降低在轨或星表维护的操作复杂度。

　　设计过程中重点考虑了低重力环境下的作业稳定性，构件整体采用等壁厚嵌套结构，重心与回转轴心完全重合，避免回转作业时产生偏载力矩影响机械臂定位精度；壳体表面的凸起结构除破岩功能外，还可在构件贯入土层时提供周向锚固力，防止低重力下作业反力导致整个构件打滑偏移。螺旋叶片的导程经过多轮迭代优化，针对不同颗粒度的风化层物料调整叶片升角，既避免大导程导致的物料回流，也防止小导程造成的物料堵塞，在模拟月壤、模拟火星壤的地面验证试验中，单模块的采集效率较同尺寸铲斗式机构提升40%以上，串联三个模块时可一次性完成深度3倍单模块轴向长度的沟槽开挖作业，作业后沟壁平整度满足后续线缆铺设、原位构建等任务的边界要求。

　　不同于地面挖掘设备依赖大自重提供作业贯入力的设计逻辑，该构件的多层嵌套结构可在贯入过程中通过外层壳体的回转将周边土体向外侧挤压形成临时护壁，无需额外施加过大的轴向贯入力，适配小型探测车的自重负载上限，作业过程中不会因为贯入力过大导致探测车倾翻。排料通道设置在构件中心位置，与后端输送管道直接对接，采集到的物料全程在封闭通道内输送，避免低重力环境下粉尘飘散污染探测设备的光学元件、散热结构等敏感部件。周向壳体上设置的多组圆形凸点为磨损监测标识点，当凸点磨损至与壳体表面齐平时，即提示外层壳体的磨损量已达到阈值，需要进行更换，无需借助额外的检测设备即可快速判断构件损耗状态，适配星表作业的简易运维需求。