回转钻取采样与冲击贯入采样是获取月壤剖面样品的两种常用方法。与回转钻取采样方式相比，冲击贯入式取芯对样品层理信息的保持性更好。静态冲击（手动锤击）作用下，取芯管附近的月壤颗粒受挤压致密产生力链，导致月壤颗粒与取芯管表面的摩擦力增大，阻碍样品的采集；高频动态冲击产生的应力波可以破坏力链的形成，驱使取芯管表面的月壤颗粒向月面定向运动；采用具有各向异性摩擦表面形貌的取芯管能够增强颗粒的运移效果，从而提高取芯率。故本文以冲击应力波的传递特性、颗粒定向运移机理、各向异性摩擦表面形貌特征三项关键技术为主线，开展了冲击贯入式月壤采样器的方案设计、结构设计和试验研究。首先，查阅了有关资料，总结了地外天体无人采样装置与人工采样装置、颗粒单向运移、各向异性摩擦表面形貌的技术特点，提出了一种无回转、冲击贯入式的采样方案。结合月壤的物理性质和机械性质对冲击贯入式取芯理论及关键技术进行了分析。以理想状态下的取芯管对象，建立冲击过程的动力学模型，获得了取芯管中的冲击应力与位置和时间的函数关系；分析了冲击作用下颗粒单向运移的机理及表面微观形貌对摩擦各向异性的影响因素。其次，根据月面环境、研究需要和冲击贯入式取芯理论，制定了冲击贯入式月壤采样器的功能和研制要求；通过比较分析，确定了采样器的整体及各功能单元的设计方案，该采样器分为冲击驱动机构、取芯机构、取芯接口、支撑单元、电机控制系统五个部分。根据制定的方案，完成了采样器各部件的详细结构设计及系统集成，并制作了原理样机以供试验研究。最后，通过模拟采样试验获得了在不同激振频率与不同取芯管表面形貌条件下的取芯率，分析了在恒定钻压力下激振频率与取芯管表面形貌对取芯率的影响规律；针对研制的取芯管开展了变冲击功撞击试验，测量了取芯管不同位置的应力参数，分析了不同冲击功的条件下应力波的传递规律，为采样器技术参数的优化提供了依据。通过理论分析、方案设计、结构设计和试验研究，本文完成了冲击贯入式月壤采样器的研制工作，获得了冲击参数对应力波传递和取芯效果的影响规律，为我国月面人工采样方案的研究提供了技术支持。