星体表层采样装置是星际采样任务中的重要部分，研究星体表层采样装置的机构特点及其采样力学特性，对提高空间采样任务的可靠性、提高单次采样成功率与缩短采样任务时间都有着极其重要的作用。人类空间采样领域研究以近地行星表层采样与月球表层采样为主，其中月球表层采样任务占据空间采用任务的大多数。但目前我国在月球采样领域研究仍处于起步阶段，存在研究方法单一、采样特性试验少、试验方法不完善与试验手段不够丰富等问题。因此本文在总结前人所做工作的基础上，结合“探月三期”任务，研制了基于反铲原理的月表采样装置及其性能测试系统，并基于该系统对采样装置进行了丰富的试验研究工作。主要内容及成果如下：1、通过调研与分析，研制了反铲、抓铲与旋挖三种形式的月表采样装置，并对原理样机进行了采样功能测试试验。测试结果表明：三种采样装置均能完成表面采样，但基于抓铲与旋挖原理的采样装置在采样与初级封装容器转移性能指标上不及反铲式采样装置。2、基于反铲采样原理，研制了反铲式月表采样装置。该装置具有结构质量轻、机构简单与功耗低等特点，结合机械臂能完成月表采样、样品转移与初级封装容器转移任务。3、在总结前人工作的基础上，对反铲式月表采样装置采样力进行了预测研究。预测模型以McKyes提出的三维土壤切割模型为基础，并根据反铲式铲斗几何特征建立切土深度变化矩阵，从而得到随铲斗转角变化，采样装置受力变化的预测结果。4、根据反铲式月表采样装置，研制了采样装置性能测试系统。借助该测试系统完成了反铲式月表采样装置表面采样、样品转移与初级封装容器转移等相关性能试验。试验结果表明：反铲式月表采样装置具有良好的采样破土能力与容器夹持能力，且各项性能指标均符合技术要求。5、通过分析比较采样试验与采样力预测结果差异，对反铲式月表采样装置采样力预测模型进行改进，并根据改进模型，进行了土壤容重、内聚力与内摩擦角对采样力的敏感性分析。分析结果表明：土壤容重对采样力影响最大其次为内摩擦角，影响最小为内聚力。