NASA风化层层状取水采样装置结构设计

　　该结构面向地外天体风化层原位采样取水作业场景设计，适配无大气、低重力的天体表面作业需求，可搭载于行星表面巡视器或固定式探测平台，完成表层风化层的破碎、收集、暂存全流程作业，为后续原位资源利用环节提供原料支撑。整套结构采用多段式圆柱旋挖构型，核心作业逻辑依靠护形部分前端的阵列齿结构实现，作业时随整体结构绕中心轴回转，前端齿部可对固结或松散的风化层进行切削破碎，将大块风化层碎屑剥离后导入内部容腔；齿间间隔可根据目标天体风化层的粒径分布调整，适配不同采样粒度要求，当前设计配置6段齿与勺形切削结构，沿385mm直径的圆周均匀排布，勺形结构在最大直径位置向外探出5mm，可在回转切削时扩大单次切削的径向范围，提升单次下钻的采样效率。

　　容腔设计有效容积略超18L，内部设置多块弹簧加载的活动面板，面板采用反向向心力加载设计，当外部切削的风化层碎屑随回转挤入容腔时，碎屑的挤压力可克服弹簧预紧力推动面板向内打开，允许碎屑进入容腔内部；当容腔内部填充的风化层受到反向作用力时，面板在弹簧力作用下保持闭合状态，阻挡内部风化层向外逃逸，避免低重力环境下采样物料的洒落损失。面板的开合行程可根据采样需求调整，若需缩减单次采样量，可通过更换不同刚度的弹簧或调整弹簧预紧压缩量，缩小面板的最大开合角度，为不同采样量需求预留调整空间。单组采样容器的轴向宽度为119mm，多组容器沿轴向拼接后，整套进气采样端的总宽度略低于360mm，相邻气缸段之间保持22.5度的周向旋转错位，

　　该错位角度可使前端切削齿的切削轨迹在圆周方向形成连续覆盖，避免出现切削盲区，同时错位排布可降低回转切削时的冲击载荷，让切削过程更平稳，提升结构作业的可靠性。结构壁厚设置为5mm，在保证整体结构刚度、承受切削冲击载荷不发生塑性变形的前提下，尽可能降低结构整体重量，适配航天发射的载荷重量约束；该结构既适合采用3D打印工艺一体化成型，减少装配环节带来的连接强度损失，在无增材制造条件时，也可采用分段机加工后焊接、螺接的方式完成装配，具备较好的工艺适配性。作业时整套结构随搭载平台的进给机构向风化层内部进给，前端齿部持续切削破碎风化层，碎屑沿齿间导槽进入容腔，内部活动面板随碎屑填充量自适应开合，待容腔填充完成后，

　　整套结构随进给机构抬升至作业平台，后续可通过容腔端部的卸料结构将采集的风化层导出，送入水处理提取环节。结构外表面设置的阵列式散热筋结构，一方面可在切削作业时增大与外部环境的换热面积，快速导出切削摩擦产生的热量，避免极端温差环境下结构内部产生过大热应力，另一方面筋条可提升结构的径向刚度，降低回转作业时的结构振动幅度。