南极冰盖下数千米的地方存在着大量液态湖水,冰下湖的发现让科学家们在极地科考领域再次看到新的希望,多个国家近些年来一直在尝试对南极冰下湖进行探测和取样,但是都面临一个共同的问题,即传统钻进方式会对冰下湖水造成污染。本文充分结合课题背景与意义,并吸取我国在冰下湖探测器原理样机研发过程中的经验和教训,设计了一种新型南极冰下湖无污染热熔钻工程样机的加热与控制系统。该系统配合加热钻头和内嵌式绞车能够实现热熔式无污染钻进,当抵达指定深度后可以利用科学载荷平台完成湖水取样和参数测量等探测任务。加热与控制系统主要由电力传输与通信系统、随钻测控系统、冰面上位机系统三个部分组成。本文立足于南极冰下湖无污染探测器工程样机的研发,提出了一种基于800V直流电力传输下的一种加热控制方案,不仅简化了降压过程和电路设计,而且通过合并绞车系统舱和测控系统舱使钻具整体长度为7.2m,钻具重量为350kg,在电缆承重有限的情况下使探测器具有500m的远程探测能力。随钻测控系统主要包括基于高压接触器的加热控制功能、基于悬重反馈的自动绞车控制功能以及多类传感器数据采集功能。系统使用双主板协同工作,配合其它测量模块组成RS485分布式测控架构,并设计了一种故障诊断程序和IAP升级程序,有利于后期的设备维护。本系统在实验室内完成了各个模块的单元测试,并对整个系统进行了高低温测试。之后和加热系统、绞车系统以及科学载荷平台进行联调,钻具在组装完成后进行了一系列的模拟钻冰实验。经过一系列的系统测试以及整个探测器的联调联试,验证了测控系统的各个功能以及系统的稳定性,该系统能够完成既定的测量和控制任务,达到了工程样机的预期设计目标。