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探月工程（三期）的主要任务是实现无人月面钻取采样并返回地球，由于月面的高真空环境以及月壤导热率低的特点，且钻具在钻取采样过程中采用无水冷等冷却措施的干钻模式，钻具在钻进过程中会产生大量热量，并不断累积致使钻具温度逐渐升高，过高的温度将导致钻具发生失效进而导致钻取任务失败。因此，本文针对一种确定构型的取样钻具，开展了钻具钻进过程热特性试验研究。针对内翻式软袋取心钻具的结构及工作原理进行了分析，基于钻具的工作环境、采样对象特性两个方面，分析了影响取样钻具钻进过程热特性的因素。针对预测的模拟月岩钻进极端工况，通过预估热流密度等参数，开展了基于ANSYS的稳态热分析，获得了钻具温度场分布情况，并预测了温度测量系统的量程范围。根据预测的温度测量系统量程范围，研制了基于无线光纤光栅传感器及基于无线K型热电偶传感器的温度在线测量系统，该系统具有较大量程，较好的测量精度及动态响应性的特点，并分别将测试系统在北京卫星制造厂研制的采样钻机试验平台与哈尔滨工业大学研制的全参数监测取样钻机试验平台进行了集成。开展了模拟月岩和模拟月壤的采样过程钻具热特性试验研究。在模拟月岩钻进过程热特性试验研究中，开展了基于真空环境条件、负载对象、钻进动力参数的钻进过程钻具温升规律的研究，以及基于钻具多点温度监测的温度场分布的研究，获得了钻具钻进月岩工况的热特性风险情况并预测了钻具突破一定厚月岩的优化钻进动力参数范围。在模拟月壤试验研究中，开展了常温常压条件下基于全钻进动力参数的钻具钻进过程温升规律的研究，设计了模拟月壤低温环境与常温常压环境钻具钻进过程热特性对比试验，在获得了低温与常温条件下钻具钻进过程温升规律差异的基础上，得出了月面低温环境钻进过程钻具热特性规律，并预测了基于钻进月壤的安全钻进动力参数范围。本文获得的钻具热特性规律将为后续深化钻具材料、构型设计以及钻取采样动力参数的确定提供依据。