小行星探测在探索生命起源、缓解地球能源危机、建立深空预警防御体系等方面具有重要意义。原位探测是小行星探测的有效技术手段,而小行星表面锚固是实现原位探测和资源开发利用的前提。小行星表面引力微弱,地质形貌特征复杂,温度变化范围大,使小行星表面锚固具有极大的技术挑战性,目前国际上尚未有探测任务实现小行星表面锚固。因此,基于钻压力小、温度适应范围大的力封闭式小行星超声波钻进锚固方案,开展了小行星表面锚固仿真分析及试验研究,为小行星表面可靠锚固提供理论支撑。小行星表面锚固仿真模型是实现研究锚固过程仿真的基础,为了建立星表锚固仿真模型,分析了力封闭式超声波钻进锚固装置,基于离散元仿真方法,建立了小行星表面锚固仿真模型。首先,提出了以超声波钻为钻进单元的力封闭式小行星探测器锚固方案,完成了钻进锚固装置的设计与分析。然后,利用试验与仿真相结合的方法,完成了石膏和100 k Pa材料的离散元仿真参数标定。最后,基于局部颗粒精细化方法,构建了仿真锚固介质颗粒床,建立了多着陆腿离散元仿真模型。基于三着陆腿锚固离散元仿真模型,开展了力封闭式三着陆腿锚固仿真研究。针对探测器在小行星表面复杂的受力情况,提出了探测器等效受力分析方案,设计了外力作用下的锚固仿真流程。进行了水平投影沿着陆腿夹角0°、30°、60°方向竖直平面内三着陆腿锚固仿真,获得了探测器在各个方向的极限锚固能力。深入研究了探测器锚固力薄弱方向的锚固仿真结果,分析了外力方向对探测器受力状态及失效形式影响规律,获得了探测器稳定锚固区域。试验研究了探测器在不同锚固介质中的锚固能力,并验证了离散元仿真方法的准确性。针对小行星微重力环境及复杂星表特性,研制了小行星微重力环境及星表形貌综合模拟器。采用三自由度气浮台模拟微重力环境,通过小行星地形模拟墙模拟星表特性。基于研制的小行星模拟器,开展了在砂岩和石膏锚固介质中的锚固试验,研究了探测器锚固力随锚固深度、锚固角度及锚固介质的变化规律。试验结果表明锚固力随锚固角度增加呈现先增加后减小的变化趋势,并与锚固深度正相关。仿真研究了石膏介质中双着陆腿锚固力,与试验结果对比分析,锚固力误差小于15%,验证了离散元锚固仿真方法的准确性。