我国探月工程四期任务嫦娥七号主要对月球极区特别是对月球的水冰分布进行科学探测。在目前月球探测的实现方式中,钻进取样仍为月球探测中广泛使用的技术手段。本文以未来月球探测嫦娥七号钻采任务为背景,提出利用钻具外螺旋槽采样方式。该采样方式以深螺旋槽作为采集样本的载体,分析槽内月壤水冰样本密实度与采样层理保持特性。本文首先分析了模拟月壤样本剖面物理特性,特别是压缩特性与堆积角,确定等效模拟物。提出外螺旋钻采方式设计理念,根据外螺旋钻采方式,设计钻进流程以及对应钻进规程与采样任务评价指标,利用不同采样评价指标对钻具钻进规程提供指导。其次,构建三维瞬态流动模型分析采样槽内样本密实度规律;在此基础上构建三维稳态流动模型分析采样槽内样本运移特性。构建排屑通量模型对钻具过渡段与排屑段开展研究,根据不同排屑通量要求确定钻具部分结构参数。再次,构建中心组合仿真试验完成对仿真参数匹配,并利用EDEM离散元仿真钻采过程中月壤颗粒在采样螺旋槽中流动特性与样本层理保持性,对比目前仿真边界提出固体孔壁约束边界,并对两层存在颜色差别的颗粒样本开展不同转进比规程下采样槽采样率的分析。最后,进行不同钻进规程下螺旋槽采样密实度验证试验,并开展利用染色剂标定后的目标样本开展不同钻进规程下的分层特性试验,验证仿真规律,并结合采样率与密实度得出采样量,对实际在轨工况钻采规程设置提供指导。