自上个世纪美苏等国家率先开展月球探测以来，人类已从月球采集了共计约382kg的月壤样品。通过分析采集返回的月壤，深化了对月球演化规律认知。目前我国探月工程（三期）即将实施，也将利用钻取和表取形式，从月球采回月壤样品，在地球实验室中进行科学测试与分析。
　　本文以我国探月工程（三期）月面钻取采样子任务为工程背景，面向月壤剖面存在高度随机性和不确定性的挑战，以实现钻进取芯过程中钻具的低功耗、高取芯和高适应性为研究目标，开展高密实度模拟月壤制备方法、模拟月壤软袋取芯特性、模拟月壤钻进排屑性能及自适应钻进特性研究，为后续深空探测任务钻取采样钻具设计和工艺参数优化提供技术支撑。
　　提出了一种基于夯击密实强化原理的高密实度模拟月壤制备方法以满足次表层月壤钻取采样任务地面试验研究所需，建立了月壤桶夯击振动及冲击锤夯击回弹动力学模型，针对钻取用月壤桶测限约束条件构建了月壤弹塑变形模型，预测了模拟月壤剖面有效密实深度，不同夯击次数作用下的模拟月壤夯击强化试验验证了模拟月壤上覆土压力即塑性极限与夯击次数间的内在物理规律，密度测定试验验证了上述有效夯击密实深度理论预测模型。
　　基于回转切削力学模型建立了原位月壤的受扰剪胀模型，获得了扰动区月壤物理力学参数随进转比参数变化规律，依据岩土力学中粮仓理论建立了模拟月壤钻进取芯力学模型，利用提出的非接触式动态监测钻进取芯特性方法开展了不同进转比条件下的钻进取芯正交试验，揭示了内部月壤样芯动态失稳随钻进工艺参数特定变化规律，划分了四种典型取芯工况并验证了上述力学模型的准确性，有利支撑了高密实度模拟月壤钻进工艺参数优选。
　　提出了以前刀面堆积角及螺旋槽填充率等状态参量定量描述钻进取芯过程中原位月壤的钻进排屑状态，分析了多种钻进工况下的钻进负载随工艺参数变化影响规律，利用机器视觉技术开展了模拟月壤回转切削排屑特性试验研究，动态采集钻进过程中的月壤堆积区体积参数，实时反映螺旋排屑速率等影响排屑性能的关键指标，提取螺旋槽中月壤钻屑质量和体积指标，解算螺旋槽钻屑堆积密度，有力佐证了钻取采样过程中月壤挤压运移和自行运移的存在，高密实度模拟月壤钻进取芯试验表明上述钻进负载理论计算结果与实际钻进负载吻合度较高，可用于特定目标对象的钻进工艺参数优选。
　　构建了基于样本可钻性等级实时识别的自适应钻进策略，基于钻进取芯力载模型结合探月工程（三期）钻进工艺参数优选指标，优选了适合特定钻进对象的合理钻进工艺参数，利用研制的模拟月壤钻进取芯特性测试平台开展了具有一定覆盖性和等效性的模拟月壤样本可钻性分级试验，选择钻进过程中钻具的回转转矩为特征识别信号，设计了可钻性等级模式识别方法并开展了识别模型参数寻优，获得能应用于可钻性等级1~6级的分类模型，准确率达95.8%，构建了基于在线辨识钻进对象可钻性等级的自适应闭环控制策略，开展了以密实型HIT-LS1#模拟月壤、石灰岩及大理岩为典型钻进对象的分层自适应钻进试验，验证了上述钻进方法的有效性。
　　综上所述，文本针对月面无人钻取采样技术难点，以寻求钻取采样机构的自适应钻进能力提升为研究目标，分别从模拟月壤制备工艺、钻–壤作用机理、钻进取芯特性试验方法及自适应钻进策略等方面开展工作。上述研究方法及取得的相应研究成果具有重要的学术意义和工程应用价值。