月球作为地球唯一的天然卫星,自古就寄托着人们的美好愿望,人们对她的探索也从未停止。遥感探测结果显示,有大量的水资源以冰的形式赋存于月球极区的永久阴影区内。随着我国探月四期和中俄共建月球基地任务的开展,如何利用水的可挥发特性对极区原位水资源进行高效地开发利用,降低空间活动运行的成本,成为了值得关注的焦点。本文提出了一种热钻式提取方案,基于取芯钻具实现样本获取、热量施加及气体转移一体化设计,并利用极区原位低温月壤实现捕获时潜热的释放,实现原位水资源的高效提取,为原位资源利用（ISRU）工程的实施提供一种方案。基于已有月球探测数据,本文对水资源提取装置的作业环境（月球极区水资源分布及月壤热学特性）进行分析,结合应用背景提出了热钻式提取器方案,并完成系统方案及主体结构的设计。建立了含冰月壤传质传热理论模型,弥补了已有研究中对相变界面行为描述不充分的不足,并对不同样本参数和环境条件下水资源的提取速率进行分析。选取了用于提取特性试验的极区月壤模拟样本,利用Nelder–Mead单纯形优化算法完成样本仿真参数标定,进而确定了提取过程中的热源边界条件。搭建模拟含冰月壤水资源提取特性解耦试验平台,对理论模型展开试验验证,探究了样本含水率和密实度等参数对提取速率的影响规律。对试验结果进行归一化分析,结合理想流体的伯努利方程对提取速率曲线进行了修正,指导作业规程制定。完成热钻式提取器整机系统的设计与搭建,基于捕获收集过程的理论模型,完成了捕获收集装置内部结构的优化。在现有试验条件下,通过地面试验对样机系统进行了测试,验证了热钻式提取方案的可行性。基于试验结果对捕获效率的主要影响因素进行分析,对捕获装置进行了优化验证。