以钻探为代表的次表层探测是构建火星地质纵深勘查剖面,获取火星土壤、地质、行星物理和行星化学信息的最直接、有效的手段,近年来逐渐成为国际火星探测的研究热点。使用探测机具潜入土壤开展次表层探测,需要在有限的体积、质量、能耗下实现长距离的钻屑输送,将机具潜入空间内的土壤排出至星表。本文提出一种基于火星大气原位收集增压利用的气力排屑系统概念,使用空压机在火星表面对大气进行收集增压,并利用高压气源将钻孔中的钻屑吹除。本文聚焦于利用增压火星大气进行土壤颗粒气力输送的科学问题,针对火星环境条件下土壤颗粒的气力输送特性开展研究,为气力排屑系统的工程实施提供依据。基于火星着陆探测任务数据,对火星近地表大气环境特征(包括大气组分、温度、气压等)、火星风化层土壤颗粒特性参数进行分析,确定了与钻屑气力输送相关的火星环境边界条件。并进一步结合应用背景,提出了基于IBR潜入机器人的火星钻屑气力输送系统方案设计。建立了气源系统供气特性的理论模型,对不同输入参数下的气源系统供气能力进行分析,确定了给定环境状态参数条件下经输气管路流出的气流所达到的流速和质量流量,并通过CFD仿真分析方法对模型进行了验证。建立了气源系统大气原位收集增压的能耗模型,确定了供气能力的能量消耗条件。基于气源供气模型提供的气流输入条件,建立土壤输送管路内的圆管气固两相均匀流的理论模型,分析地球与火星环境不同输入条件下颗粒的气力输送特性,确定了颗粒输送效果的评价参数。进一步基于颗粒输送效果评价参数,提出地球与火星环境条件下的气力输送等效准则。另外,对颗粒输送过程的能量损耗进行分析,指导气力输送的工艺参数选取。搭建了气力输送实验平台,选取了用于气力输送实验的火星土壤颗粒模拟样本。通过正交试验方法,研究了不同边界条件组合下土壤颗粒在气流作用下的输送效果,分析了各输入条件对输送效果的主效应,对理论模型进行了修正,验证了理论模型分析的基本结论。