我国探月三期工程的主要任务为获取月壤样品并将样品返回地球,在月壤钻进取芯过程中,提芯力的实时检测对月壤钻进取芯状态的判断与层理信息的分析有重要的作用。针对钻取采样中所需的月壤样品导向和提芯力测量两项功能,本文开展月壤样品导向及提芯力测量装置的研究。针对样品导向及提心力测量装置的具体结构形式、功能组成,采用空间飞行器结构设计、分析和试验验证方法,对样品导向及提芯力测量装置开展具体的设计、分析和试验验证。以月面钻取采样装置方案阶段的技术状态为基础,分析样品导向及提芯力测量装置的构型布局和功能参数,开展多方案的研究分析。对最优方案开展构型研究,基于敏感测量提芯力的原则,分析确定各个组件的空间位置及角度。对样品导向及提芯力测量装置关键结构尺寸与测量精度开展分析,建立关键结构尺寸与测量精度的数学方程,编制GUI分析界面。量化与测量精度有关的关键结构尺寸,分析其变化时对测量精度的影响。以样品导向及提芯力测量装置外廓尺寸和具体接口为参考,设计各个部件,建立结构模型。针对结构模型开展仿真研究,分析应力分布状况。基于拓扑优化方法,对装置开展轻量化设计。对轻量化设计后的装置开展二次仿真,分析优化后模型的结构强度。综合研究提芯力及整形力偏载、提芯力及整形力角度变化、结构形变、传感器自身误差等对样品导向及提芯力测量装置测量精度有影响的误差因数,开展精度分析。结合装置的安装接口和具体工况,研究确定各误差因数引起测量误差的最大值。建立各项误差对综合测量精度影响的评估模型,确定最大测量误差。针对样品导向及提芯力测量装置具体试验要求,研制工作过程模拟试验装置,开展精度标定试验。以模态分析确定的振幅最大点为监测点,开展力学试验。通过对比存在弹性环节和不存在弹性环节装置的试验结果,确定预紧组件加入弹性环节,并验证装置的力学环境耐受度。开展热环境试验,验证装置对热环境的承受能力。