随着深空探测的不断深入,美国、日本等航天大国开展了诸多针对小行星的研究,小行星探测活动已日益成为前沿热点。小行星探测中,接触式探测是人类感知小行星物质最直接有效的手段。为了充分认识小行星,需要进行较为深层样品的获取和返回。我国正在积极开展小行星探测及采样的研究工作,首选的探测目标为小行星2016HO3,由于该小行星引力十分微弱,表面环境具有不确定性,对采样具有极为苛刻的要求。超声波钻进的反作用力小,可在小行星上有效的作业,但是由于受到功耗的限制使得岩石样品获取量很少,且样品多为粉末,不宜收集。为了获得更多的样品,本文提出了一种新的碎岩方法——超声波钻进加超临界流体膨胀碎岩法,先用超声波钻在岩石上打几厘米深的孔,再将膨胀碎岩器插入到打好的岩石孔中进行膨胀碎岩,可以在紧迫的资源下快速碎岩,以获取较大量样品。由于超声钻进在国内研究较多,技术较为成熟,而超临界流体膨胀碎岩方法还未有人研究,因此本文主要研究超临界流体膨胀碎岩方法。此方法利用超临界流体具有温度和压力无限性的原理进行碎岩,可破碎不同硬度的岩石。本文选择了超临界水作为膨胀介质,研究了超临界水的热力学特性,得到了超临界水温度、压力和体积的量化关系;本文研究了膨胀碎岩方法中的加热方式,考虑到能够配合钻具在旋转过程中进行快速加热,选择了加热效率高、加热温度易于控制的感应加热方式;本文设计了一种膨胀碎岩器,对其进行了整体结构设计和参数计算,保证了加热时储水压力容器的安全性和碎岩时的膨胀筒的无泄漏性;本文利用有限元软件对储水压力容器进行了应力仿真,得到了计算壁厚下储水压力容器的应力值,确保加热时容器的安全性;本文利用有限元软件对膨胀筒进行了超塑变形仿真,实现了强度上的匹配设计。通过在模拟阶段的仿真验证,能够实现人类认知岩石硬度下可靠的碎岩,具有获取样品的能力。