主带彗星是近年来发现的一类特殊天体,其运行轨道位于小行星带内,在近日点附近时表现出周期性挥发特征。为揭示其内部挥发机制,了解主带彗星与地球水来源的关系,我国制定了主带彗星133P探测任务,并将开展133P次表层探测。133P的次表层探测任务拟通过动能侵彻器方案实现。针对低重力场下砾石堆组构侵彻特性非确知难题,本文主要对侵彻器构型进行设计,结合理论分析与数值仿真方法,预测侵彻器侵彻特性变化规律,最终获得砾石堆组构侵彻优选构型。本文以主带彗星砾石堆组构目标特性为主要输入条件,提出了卵形与截卵形两种侵彻器弹头构型,基于Mohr-Coulomb屈服准则与线性压缩模型,获得了侵彻过程弹头表面应力分布函数,分析了侵彻器轴向阻力随侵彻速度变化规律,最后得到了不同弹头构型在砾石堆组构中的侵彻深度。以撞击模型为基础,开展了侵彻器等效弹丸构型转化,获得了砾石堆组构侵彻成坑体积计算公式;联合Z模型与修正Z模型构建了砾石堆组构力学参数与颗粒溅射角之间的关系,并开展了溅射颗粒运动学分析,获得了羽流边界角与颗粒溅射角之间的物理模型;结合侵彻成坑模型、颗粒溅射模型与撞击坑直径观测结果,反演了133P砾石堆组构强度信息。采用LS-DYNA软件离散元模块模拟主带彗星砾石堆组构,利用前期侵彻试验结果,标校了砾石堆组构侵彻模型,并开展了不同构型下的离散元侵彻试验,获得了砾石堆组构侵彻优选构型;结合文献试验数据,基本验证了羽流边界角模型的准确性。本文主要研究了砾石堆组构侵彻特性变化规律与侵彻过程颗粒溅射现象,研究结果不仅能够为我国动能侵彻器的构型设计与优化提供理论支撑,还能够丰富主带彗星探测任务的科学价值。