小行星探测是现代深空探测的主要研究内容,具有极高的科学与工程意义。其中,小行星采样返回是深空探测的重要研究手段,而采样技术是小行星采样任务的关键。针对小行星表面弱引力及其星壤表面覆盖风化层的环境特点,提出了一种回转对称轮刷式小行星采样器的设计方案,可以通过刷扫采样的方式收集小行星表面风化层不同尺度的颗粒物质。本文对轮刷式小行星采样器的采样全过程进行详细研究,重点包括星壤颗粒建模、参数标定实验、刷扫采样全过程的仿真分析与试验验证,以及微重力环境下采样器刷扫采样过程的数值模拟分析。首先,基于离散元法的相关理论,构建颗粒间的接触模型,确定颗粒间需要前期重点标定的参数。选取火山岩颗粒作为模拟星壤的试验颗粒,并利用EDEM仿真软件建立离散元颗粒模型。同时针对轮刷的运动过程,分别对两种回转对称式采样轮刷进行基于经典力学的理论推导,分析影响轮刷扭矩的参数变量。其次,通过物理实验,对火山岩颗粒与样机材料之间的恢复系数与摩擦系数进行测量,并通过堆积角实验进行参数标定,确定颗粒间的接触参数。结合标定后的参数,分别开展片状轮刷与圆柱状轮刷采集火山岩颗粒全过程的数值模拟仿真,并分析不同轮刷种类与不同工况设置对采样效果的影响。接下来,搭建了轮刷式小行星采样器地面样机测试系统,按照仿真工况进行地面试验,并与仿真结果进行对标,验证离散元仿真方法的准确性。同时,采用动态扭矩传感器来测试采样过程中轮刷的扭矩变化,得到了采样轮刷转速与采样颗粒质量与采样轮刷驱动扭矩之间的定性关系。最后,基于微重力环境,对真实型号的轮刷式采样器刷扫采集火山岩颗粒的采样过程进行仿真分析,按照不同工况条件,对两种类型的采样轮刷进行刷扫采样数值模拟,同时对比采样颗粒质量与采样轮刷扭矩极值,得到采样过程的最佳工况参数,为轮刷式小行星采样器的采样任务提供技术支持。