申志強 李帥 劉德赟 王帥 鄧湘金 張曉靜 高金艷

(1 錢學森空間技術實驗室，北京 100094)(2 北京衛(wèi)星制造廠有限公司，北京 100094)(3 北京空間科技信息研究所，北京 100094)(4 北京空間飛行器總體設計部，北京 100094)

月球是地球的天然衛(wèi)星，是距離地球最近的地外天體。月球是人類走出地球搖籃，邁向浩瀚宇宙的第一個跳板，也是人類走向深遠空間的前哨站和試驗場。以月球探測與研究為基礎，聯合其他行星、小行星等地外天體探測活動，可以為太陽系形成與演化、宇宙起源和生命起源等重大科學問題研究提供支持。

從20世紀50年代至今，多個國家對地外天體開展了外部探測、內部探測、星表鉆取采樣等活動，包括蘇聯月球(Luna)系列、美國“阿波羅”工程和火星探測計劃、歐空局生物火星(ExoMars)探測計劃、羅塞塔(Rosetta)彗星探測任務和我國嫦娥系列等[1-6]，積累了大量經驗和數據，大幅拓展了人類認識邊界。作為深空探測活動一種重要形式，地外天體內部探測及取樣，其實現過程更具挑戰(zhàn)性。

面向未來，多個國家制定了頗具雄心的深空探測計劃，將通過外部內部探測、星表鉆取采樣、原位分析、帶回地球研究等方式獲得更多知識，為人類建立月球基地、科研站，甚至移民地外天體等積累技術和經驗。本文目的是結合我國未來深空探測任務研究內部探測技術，為獲得更多有價值科研數據、豐富深空探測成果提供參考。本文創(chuàng)新提出了地外天體內部探測技術體系，通過比較分析，給出了未來內部探測、鉆取技術發(fā)展方向和指標，將為國家全面謀劃探測任務并協(xié)調關鍵技術發(fā)展，順利實施深空探測任務提供支撐。

1 中國從外圍到內部探測和認識月球

1.1 中國探月“六戰(zhàn)六捷”

20世紀90年代末，原國防科工委組織專家論證，提出了我國“繞、落、回”三步走無人月球探測規(guī)劃，一期工程到2007年實現繞月探測；二期工程到2013年前后實現月面軟著陸探測與巡視勘察；三期工程到2020年前實現月面采樣返回。

國家2004年批準一期工程立項，截止到2021年3月，我國先后完成了嫦娥一號任務、嫦娥二號任務、嫦娥三號任務、再入返回飛行試驗、嫦娥四號任務、嫦娥五號任務共6次任務，實現了“六戰(zhàn)六捷”，完滿實現了規(guī)劃目標[1-9]。

1.2 研究成果舉世矚目

1)大幅加深對空間環(huán)境認識

嫦娥一號探測器、嫦娥二號探測器攜帶的太陽風離子探測器監(jiān)測到月球兩極日夜交界面附近從日側向夜側速度逐漸增加的粒子流、月球向陽面的太陽風離子反射現象等空間環(huán)境事件，揭示了太陽風中等離子體物理過程和與月球相互作用過程，觀察到中質子物理量的變化，證實了月面微磁層的存在，為月球空間環(huán)境以及月球演化的研究提供了新的重要參考。

嫦娥三號探測器攜帶極紫外相機對地球等離子體層產生的30.4 nm輻射進行全方位、長期觀測，依據地球等離子體范圍及其變化數據，獲取了地球等離子體層三維圖像。利用這些探測數據發(fā)現了等離子體層存在雙卵型結構。揭示太陽活動對地球空間環(huán)境的影響，確認地球等離子體層尺度與地磁活動強度呈反相關關系，進而提出等離子體層空間結構受地球磁場和電場約束及控制新觀點。

2)系統(tǒng)掌握月球表面特性

嫦娥一號探測器、嫦娥二號探測器攜帶微波輻射計，獲取了3.0 GHz、7.8 GHz、19.35 GHz和37.0 GHz四個頻率的微波輻射亮溫，在此基礎上進一步反演月壤厚度，評估氦-3資源。發(fā)現亮溫分布與月球表面物質分布存在明顯相關性。月海區(qū)主要分布玄武巖，亮溫相對較高；高地(月陸)分布斜長巖，亮溫相對較低。嫦娥二號探測器攜帶的相機獲取607軌100 km高度和15 km高度月球影像數據。完成7 m分辨率全月球影像圖的制作。

利用嫦娥四號探測器攜帶的降落相機、地形地貌相機、可見近紅外光譜儀、全景相機等觀測數據，精細重構了月球背面軟著陸軌跡和著陸點位置，獲得著陸區(qū)形貌、物質礦物組成、來源及特性等科學成果。支持了月球背面控制點研究、高精度月球測繪。

3)有效開展月球內部探測

嫦娥三號探測器攜帶的高頻雷達對月球淺層結構及月壤厚度進行了原位探測?；诶走_數據，判斷著陸區(qū)月壤厚度為4～6 m，建立了月球淺層結構可靠識別的技術和方法。玉兔號探測器攜帶的粒子激發(fā)X射線譜儀、可見近紅外成像光譜儀探測數據，獲取了著陸區(qū)月壤化學組成、礦物組成、月壤厚度及其下覆玄武巖深度等，識別出該區(qū)曾發(fā)生多個階段火山噴發(fā)，揭示了雨海盆地多次火山噴發(fā)的歷史。

嫦娥四號任務首次通過原位探測得到月球深部物質組成數據，揭示月球背面特別是南極艾特肯盆地復雜撞擊歷史，給月壤形成與演化模型提供關鍵證據。根據測月雷達、相機數據以及其他多源數據，建立嫦娥四號探測器著陸區(qū)地層剖面及多期次濺射物覆蓋關系。首次揭開月球背面地下結構神秘面紗，極大地提高了人類對月球撞擊和火山活動歷史的理解，為月球背面地質演化研究帶來新的啟示。

4)支持太陽系-宇宙起源等研究

嫦娥三號探測器攜帶的光學望遠鏡開展了定點觀測，對8顆掩食雙星和天琴座RR變星開展了長時標光變監(jiān)測，實現了月基近紫外天文觀測。還獲得了月球外逸層中羥基(水)密度上限值的最新值，分析發(fā)現月球外逸層中羥基(水)密度的最低上限值為柱密度小于1011 cm-2，體密度不高于104 cm-3。研究結果比利用美國哈勃空間望遠鏡獲得的上限低了將近100倍，與理論預期值最為接近。

2 月球及其他天體內部探測的必要性

2.1 拓展人類認知廣度與深度

開展月球內部研究,認識其內部構造是當今比較行星學研究的熱點，也是研究月球、行星起源與演化需要解決的重大問題之一。也對月球探測器飛行軌道控制、月球著陸區(qū)選擇等有重要影響，更是未來月球資源原位開采利用的前提。人類對月球淺表層的構成、成分分布等已有一定認識，但仍缺少對幾十米以下深部結構、物質成分等了解。

20世紀90年代以來人類數次月球探測獲取的雷達、中子探測儀和光譜儀的水冰探測數據表明，月球上很可能存在水冰，特別是在極區(qū)永久陰影區(qū)內，水冰可能分布在表層至米量級深度范圍內?，F有的遙感探測難以對月球表層和淺表層的水冰進行直接證認，對可能含有的金屬礦產、稀有氣體等資源也需要更多探測數據支持。

為了確定月球及其他地外天體地質構成，尋找現有或過去的微生物、水源等存在證據，必須采集數米到數百米深度的地下地質樣品。在這樣的需求條件下，鉆探、鉆進是最有效的采樣方式，設計研制合適的鉆探采樣設備成為必須。

2.2 支持月球資源開發(fā)與利用

根據阿波羅飛船月壤樣本分析表明，月球上22個月海覆蓋了厚厚的一層玄武巖。月球表面幾乎沒有大氣，太陽風直接注入月表，稀有氣體特別是氦-3等賦存于月壤中。氦-3可以作為一種可長期使用、清潔、高效、安全的核聚變發(fā)電燃料。在對月球表層和內部蘊藏的礦產資源進行普查基礎上實施原位精細勘查，進而開展稀有資源原位分析和提取試驗，可為未來月球資源開發(fā)與利用提供科學依據和技術支撐。

月球上最古老、最大和最深的撞擊盆地位于月球南極，其提供了研究深層物質的天然地質剖面，獲取該區(qū)域物質成分對精準揭示月殼早期形成及其演化具有重要價值。通過對月球內部進行取樣開展月壤/月巖參數性質研究，是深入研究月球地質信息和發(fā)展月球資源利用技術的必要手段，先進的內部鉆取技術是支持開發(fā)月球資源、建設月球基地的重要保障之一。

2.3 牽引帶動相關技術發(fā)展

美國、蘇聯等在探月工程中已經掌握并使用了多種鉆取技術和取樣設備，如前蘇聯Luna-16任務采用的擺桿式鉆探取樣設備、美國阿波羅15號中使用地面旋轉沖擊鉆機(Apollo Lunar Surface Drill，ALSD)及NASA研發(fā)的超聲波振動采樣取樣設備(USDC)等[6]。這些設備受限于取樣深度，僅能取到月球表層松散月壤，未能鉆取真正月巖樣本[7,10]。

目前人類月球取樣能力尚未達到月壤下面的月巖層(月表5～10 m深度以下)。另外，上述取樣活動沒有實現樣本原位信息保持，獲取的普通月壤/月巖樣本脫離月球原位環(huán)境，帶回地球后已嚴重失真。尚需提升：①獲取原位月壤/月巖成分和賦存狀態(tài)信息；②避免取樣后月壤/月巖直接暴露而造成污染；③取得對月球南極永久陰影區(qū)次表層取樣探測技術突破[11-12]。

3 地外天體內部探測及鉆取技術現狀

近年來，月球探測活動掀起一輪新高潮，逐步由外圍向月表向月球內部發(fā)展，也帶動了相關儀器和技術的升級。外圍探測主要有成像、微波等遙感手段，用于月球幾何形狀、地形、表面物質成分、密度等觀測。表面探測多通過部署于天體表面的儀器，采集月球表面及次表層震動、微波反射等數據，推演內部水冰資源以及月球內部熱流分布等情況。

內部探測分為結構探測和成分探測兩大類(如圖1所示)，其中結構探測主要了解月球半徑、密度、角動量、磁場、月震、重力場、內部熱流分布等，儀器設備多部署于天體表面；內部鉆取與成分探測，主要通過挖取或鉆取方式獲得天體內部材料后進行原位分析或帶回地球分析。

圖1 地外天體內部探測及鉆取技術體系Fig.1 Detection and drilling technology system for interior of extraterrestrial object

3.1 內部結構探測儀器與技術

對月球內部結構的探測與認識，經歷了從最初一般性認識逐步發(fā)展到定點和定量評價的過程，同時也伴隨著探測技術的發(fā)展與應用[13]。

第一階段(1959—1972年)主要是利用月球軌道器搭載遙感載荷，探測月球重力場及月表地形，通過這一階段研究獲得了低階次月球重力場模型，并獲得了正面局部區(qū)域的異常質量分布，發(fā)現了月球的非均勻性特征。

第二階段(1969—1977年)利用地震探測技術研究月球內部結構，第一臺月震儀于1969年7月由阿波羅11號飛船乘員架設，工作7周；之后阿波羅12號、阿波羅14號、1阿波羅5號及阿波羅16號飛船乘員架設了由4臺月震儀組成的月震觀測(PSE)臺陣。這些月震儀共記錄12000余條數據信息[4],獲得了月球內部圈層結構的輪廓，月球可以劃分為月殼、月幔和月核。阿波羅12號、阿波羅15號、阿波羅16號著陸器攜帶的磁力儀，測定了月球微弱磁場，利用磁測數據反演了月球內部電導率分布，作為對月球內部結構的補充。

第三階段(1994—今)主要進行月球高分辨率遙感觀測與月震數據綜合應用。多國月球軌道器獲取了重力、激光測高、多波段影像、視線加速度、多普勒跟蹤、月表光譜以及月球磁場等大量數據資料，推動月球研究向深度、廣度發(fā)展。

開展月球/行星探測所使用的測震儀和熱流探測器如表1所示。

表1 月球/行星測震儀和熱流探測器Table 1 Moon/planetary seismometers and heat flow probes

3.2 內部鉆取與成分探測技術

美國“阿波羅”工程采用人工采樣方式，宇航員在現場操控采樣，能夠靈活選擇采樣點并實時調整鉆進參數。為獲得地外天體土壤實際樣品，美國、俄羅斯、歐空局、日本等還開發(fā)驗證了更多不依賴宇航員的鉆進探測技術和設備，主要有飛行貫入、沖擊回轉鉆進、沖擊擠密貫入、蠕動鉆進、仿生往復侵入、熱力融冰侵入、超聲波驅動鉆進等方式。

不同的深空探測任務，具有不同的鉆探-取樣方式-結構特點。好奇號(Curiosity)火星車采用單管鉆進[5]。ExoMars采樣器采用多桿組接方式，具有閉合功能，可針對特定鉆進深度的樣品進行采集。USDC超聲采樣器采用沖擊式超聲波鉆進方式，只需較小的鉆壓就可鉆進較高硬度巖石。美國洞察號(InSight)探測器搭載貫入式采樣器，依靠自身內部運動機構使其鉆入到較深層，可實現大深度鉆探[6]。

外螺旋內中空軟袋取芯和內中空硬管取芯方式可以對樣品提供額外保護，降低采樣擾動。但因其結構復雜，潛在故障率高。鼴鼠式鉆進設備因其極大降低了對功耗和質量需求，近年來研究熱度逐漸增加。外螺旋采取巖屑的鉆進設備研發(fā)相對較晚，因其相對較低的鉆進功耗與較高的采樣效率也獲得了一定的關注。外螺旋采取巖屑的取樣方式會對樣品產生較大擾動，對采集樣品中包含的層理性等信息會產生影響。將于2023年發(fā)射的美國毒蛇號(VIPER)將尋找月球水冰，攜帶用于探索新地形的月壤-冰鉆機(TRIDENT)。

根據任務特點、鉆探對象屬性、探測器功耗等影響因素需要選用最合適的鉆探方法，如：多桿組接鉆進可實現10 m級深度的鉆進；超聲波鉆進功耗低，但可最大程度保持原始層理狀態(tài)；沖擊貫入式鉆進易于集成化，可實現淺表層星壤原位識別；蠕動潛入式鉆進需要的空間更小，可以在有限功耗、質量等約束條件下，實現高密實度月壤深度潛入。不同的鉆進方式各具優(yōu)勢，但也面臨著不同的技術挑戰(zhàn)，如多桿組接鉆進方式攜帶能源有限、超聲波鉆進方式能量轉換環(huán)節(jié)多、沖擊貫入式鉆進尺寸小結構復雜、蠕動潛入式鉆進方式取樣效率低等。

3.3 樣品原位分析儀器及技術

海盜號(Viking)著陸器上攜帶了氣相色譜質譜儀(GCMS)，主要用于分析著陸點附近土壤樣本以及大氣氣體，目的在于深入研究火星表面大氣構成并在火星表面材料中尋找有機化合物和某些無機揮發(fā)物。GCMS采用雙區(qū)域(B/E)質量分析模式，探測極限(土壤)達到十億分之一～百萬分之一(ppbv～ppmv)，功率為140 W。GCMS采用氫作為載體氣體進行土壤分析，鈀基電解分離器用于事后高效移除載體氣體。GCMS分析結果表明未能在火星土壤中檢測出有機材料，發(fā)現氬-36比率相比于地球低很多，對稀有氣體測量及其同位素分布分析還用于辨別隕石來源[9]。

鳳凰號(Phoenix)火星著陸器攜帶了熱及逸出氣體分析儀(TEGA)，通過加熱火星土壤和冰并采樣逸出樣本，進而分析其成分。TEGA包含一個磁偏轉質譜儀(EGA)，主要負責識別揮發(fā)物成分，確定主要元素的相對豐度和同位素比值。在開展加熱分析儀實驗的間隙，EGA還將采樣大氣氣體并確定大氣成分以及碳、氧、氮、氫和惰性氣體的同位素比例。同時，EGA還可以測量大氣的水蒸氣含量。

火星科學實驗室(MSL)是世界上首個采用“空中吊車”精確著陸方式進行軟著陸的探測器。探測器攜帶好奇號火星車，歷經36周飛行，于2012年8月在火星表面“蓋爾”隕坑成功著陸。好奇號火星車攜帶了化學和礦物學X射線衍射/X射線熒光儀器，用于對樣品中的礦物結構進行量化分析，同時攜帶了火星樣品分析實驗設備，用于分析大氣和固體樣本中的組成和氣體。

俄羅斯月球27號(Luna27)任務計劃降落在月球南極區(qū)域，著陸器可鉆取月表以下1～2 m處含水冰樣本，然后移置于專門容器中再進行分析。樣品分析儀器主要有4個：①紅外光譜儀(LIS)，可以對礦物紅外譜段光譜進行分析；②化學分析設備，可以對揮發(fā)份成分和化學組成進行質譜分析；③激光質譜儀(LASMA)，可以進行激光質譜分析；④電視分光儀，利用紫外線誘發(fā)，對礦物進行紫外和光學成像。

美國毒蛇號(VIPER)探測器擬探測月球表面以及表面下1 m深度的揮發(fā)物(水、氫、甲烷等)分布。攜帶近紅外揮發(fā)性光譜儀(NIRVSS)、月球質譜儀(MSolo)、中子光譜儀(NSS)等分析儀器。NIRVSS用于分析礦物質和揮發(fā)性，確定氫是來自于水分子還是羥基；MSolo主要用于測量粒子質荷比，以分析樣本中包含哪些化學元素。

4 未來地外天體探測及鉆取面臨挑戰(zhàn)

在月球及其他地外天體的鉆探過程中，需要面對極端外空、天體表面環(huán)境以及不確知的地質條件，同時與地球通信存在時延，這給鉆探采樣設備的及時控制反饋、調整策略等帶來了諸多技術難題：

4.1 地外天體極端環(huán)境加大設備工作風險

由于月球表面近真空、大溫差、大體量月壤/月塵細微顆粒等極端原位賦存環(huán)境，對月球內部鉆取設備的極端環(huán)境適應性提出了嚴苛要求[12]。低重力條件下，登陸車或著陸器自身的輕質量會限制作用在鉆頭上的最大鉆壓；低壓和真空環(huán)境條件同時限制了熱量散發(fā)，在沒有冷卻介質下容易造成鉆頭局部熱量過高；低溫環(huán)境要求材料不產生脆性變化，懸殊的晝夜溫差則要求材料有穩(wěn)定的熱膨脹系數，否則會引起運動間隙失配等問題。

4.2 不確知的地質環(huán)境帶來很多不確定性

月球鉆探的地質環(huán)境呈現多樣性和不確定性，探測器著陸點選擇與實際著陸時可能發(fā)生偏差，令地質信息難以準確預測，即使在條件已知的區(qū)域鉆進，不同深度的地質條件也可能存在很大不同[14]。月壤引起的機械力學特性復雜，散熱難，顆粒度及密實度等存在很大差異，且可能夾雜有各種巖石顆粒甚至大塊巖石，這使得鉆取月壤過程中易發(fā)生鉆頭磨損、鉆具彎曲、切削效率下降、鉆進功耗增加等問題[15]。

4.3 超長距離引起通信延遲影響響應速度

通信延遲是決定地外天體采樣自動化程度的最重要因素。當出現通信中斷或延遲時，采樣器必須高度智能，從而要求鉆進設備具有強大的故障檢測和恢復、自適應、策略調整等功能。月球采樣中還可以通過地面遙測和控制，而距離地球較遠的地外天體，與地面指控中心存在更長時間的通信延遲(如隼鳥號、羅塞塔探測器時延分別約為16 min和28 min)，迭代優(yōu)化地面指控中心對深空探測器遙測和遙控策略，提高探測器操控時效性和安全性成為需持續(xù)關注的一項難題[16-17]。

5 我國地外天體探測技術發(fā)展建議

5.1 未來地外天體探測任務建議

1)部署新的月震儀，兼顧多種探測目標

自“阿波羅”工程至今，無其他國家投放部署新的月震儀，能夠使用的月震數據仍然是“阿波羅”工程數據，因此部署新的月震儀有利于補全、積累更多月震數據。在月球兩極區(qū)域,高地位置有豐富的光照條件,在永久陰影區(qū)可能含有水冰。近期多國探測計劃都瞄準了月球南極,探測水冰的同時安放月震儀，可以兼顧內部結構探測。在艾特肯盆地著陸區(qū)安置月震儀并采樣返回,對于研究艾特肯盆地內部結構、組分及其成因和演化過程具有重大意義?；诖丝紤],建議探月工程后續(xù)任務在近月球南極適宜區(qū)域布設中國第一臺/批月震儀。

2)開展多區(qū)磁探測，深化內部結構認識

對磁場的分析有助于深入了解月球古地磁環(huán)境、巖石剩磁以及它從形成到現在的漫長地質年代中的演化過程，進而研究月球的地質狀況，如分層結構、固液氣態(tài)、巖石儲量等等，為將來開發(fā)和利用月球資源提供技術支持。

美國阿波羅-12號和蘇聯無人駕駛月球車(Lunokhod-2)各自使用磁強計在月表進行了單點探測，由此推斷出的分層結構是一維情況，沒有把月球局部二維電導率橫向變化情況考慮在內。建議在月表放置多個磁強計，并使用更高精度磁力計組成陣列，利用各位置磁強計同時對月表磁場進行觀測和記錄。通過多點、多區(qū)數據聯合反演得到更精確的月球內部結構信息。

3)利用多手段探明極區(qū)水冰分布情況

月球極區(qū)礦產資源豐富，還可能存在水冰等稀缺物質，具有很高的探測與研究價值。與中、低緯度地區(qū)相比，月球極區(qū)地形地貌復雜，永久陰影區(qū)內存眾多在撞擊坑，到目前為止，直接的測量證據及水冰賦存狀態(tài)、含量、分布、來源等信息都不夠充分。通過深度鉆取及聯合分析，有望獲得對原始月殼、月球深部和內部圈層更多特性認知，同時可對月球南極礦產和稀有氣體資源進行提取和利用。建議利用光譜儀、質譜儀等儀器，開展原位探測與分析，獲取水冰含量等數據。利用研磨器、X射線熒光儀、分光儀等設備，對其他礦物質成分進行探測和研究，為未來月球資源開發(fā)與利用提供重要的科學依據和技術支撐。

5.2 內部探測及鉆取技術發(fā)展建議

地外天體樣品采集與分析是獲取地質結構、資源分布等信息最有效途徑，多個國家未來計劃實施的地外天體采樣任務必將帶動技術進一步升級，提出以下四方面發(fā)展建議。

1)原位保真取芯鉆進技術

在月球深層采樣任務中，避免機械擾動與熱擾動，獲取更為完整、真實的樣品是研究月球成因與演化的關鍵。原位保真取芯鉆進技術可以采用原位環(huán)境檢測反饋補償方法，進行“保質、保壓、保溫、保濕”保真取芯。針對在月球極端環(huán)境下存在的取芯擾動大、散熱難、排粉難等難題，開展鉆進過程的機-土/巖作用機理、微擾動保層理保密實度取芯原理與高效微擾動自掘進排屑機理等研究，獲得原位層顆粒保持度大于98%和相對密實度為100%的月壤，更為完整的保存其原始信息。突破基于月壤原位環(huán)境在線識別技術，構建存儲月基巖的模擬環(huán)境，利用自愈合膜材，30 min內完成月壤樣品保真封裝。

2)月球深層基巖鉆取技術

目前人類在月球實際鉆進的最大深度為3 m左右，尚沒有獲得月球深部的原始地質信息，這主要受制于探月設備搭載空間限制、搭載質量限制以及深層鉆進中可能面臨的復雜機械問題。面對深層月壤月巖物理力學性質不明等原因，需克服月基大深度取芯摩阻大、動力功率需求大等難題，提升深層鉆機適應多樣化對象鉆進、排屑和提取能力。開展鉆具在月基環(huán)境下與月壤月巖的摩擦試驗，研發(fā)低摩阻鉆進自支撐技術，研究多桿組接鉆具、多級分段取芯方式、設計分段搭接輪盤式月基樣品取芯器等，突破10 m級鉆進深度、鉆進突破能力Ⅶ級硬度(玄武巖)、單次采樣量大于2 cm3、整體功耗小于400 W的低功耗深層鉆取采樣技術，采用復合鉆進或者蠕動潛入方式有望實現幾十米甚至百米級鉆取。

3)廣域分布式原位組網探測技術

面對未來月球科研站建造需求，前期開展擬選著陸區(qū)域表層及次表層月壤剖面特性探測及環(huán)境探測，為確定區(qū)域選址提供支撐數據。輕小型、低功耗潛入設備適合進行廣域分布式原位組網探測，實現區(qū)域內星壤特性普查。開展?jié)撊霗C具與星壤力學機理、無線通訊實時與同步協(xié)同等技術研究，進行機構驅動、傳動、感知集成一體化設計，支持探測器高效潛入，通過無線通訊對多點探測數據進行同步處理、分析，建議布設探測深度大于3 m、組網節(jié)點大于10個、監(jiān)測面積大于300 m2的廣域分布式原位探測網，完成對區(qū)域磁場(10-3～10-8T)、剖面溫度場(-150～+150 ℃)、地震數據測量及震源定位等探測，長期監(jiān)測月球地質環(huán)境變化，提供長期連續(xù)(超過1年)的環(huán)境探測數據集。

4)環(huán)境隨鉆探測與智能鉆進技術

地外天體采樣不確知的鉆探環(huán)境會導致采樣器在鉆進過程中遭遇極端、意外情況。傳統(tǒng)控制策略可利用的鉆進參數有限，只能通過力學反饋獲取機具的運行狀態(tài)，存在一定風險。隨著抗沖擊、微型化傳感器技術發(fā)展，開展傳感與機具集成化一體化設計，利用多源信息捕捉、智能反饋及動態(tài)實時感知系統(tǒng)，獲取原位溫度、壓力等環(huán)境參數。采集數據一方面支撐月壤及環(huán)境信息在線分析識別，另一方面可更為直觀的監(jiān)測機具運行狀態(tài)，為智能鉆進技術提供數據支撐。開展閉環(huán)智能控制方法研究，提升采樣器面向不確定星球鉆探環(huán)境的適應能力，自主進行鉆進控制策略選擇，自主實現故障檢測、處理與恢復、分析與決策等。

6 結束語

我國在探月、探火基礎上，未來將邁向其他行星、小行星、彗星甚至太陽系外，內部探測、鉆取、分析技術必將支撐這些任務獲得更多數據，為人類拓展認識、了解宇宙提供更多信息。地外天體探測和鉆取技術受到世界多國關注，也是世界航天領域高技術競爭的一個支點。立足我國國情及技術基礎，推進深空探測活動與內部探測技術協(xié)調發(fā)展，有望為我國深空探測與科學研究提供更大助力。