随着深空探测的进展,人类对地外天体的科学考察从星体表面逐渐深入到内部。次表层星壤剖面含有丰富的地质学及星表环境信息,是研究天体起源及演化过程的重要探测目标。冲击式贯入器作为一种轻小型、低功耗的无人自主潜入式探测器,是原位探测次表层月壤剖面的有效手段之一。本文以提高冲击式贯入器潜入能力为目标,重点对冲击式贯入器潜入负载特性开展研究。结合月壤的物理力学性质,分析了月壤剖面冲击挤密潜入原理。根据冲击式贯入器机构组成,将其简化为“质量—弹簧”系统。通过分析贯入器一个工作周期的运动过程与能量传递规律,总结了影响贯入器潜入能力的主要因素。利用摩尔—库仑强度理论与极限平衡条件,建立了潜头挤密潜入原态月壤的负载模型,计算得到锥形、外凸、内凹弧形三种潜头构型对潜入负载特性的影响规律,为潜头构型优化提供理论基础。利用朗肯被动土压力理论,建立了贯入器侧壁摩擦负载模型,指导贯入器壳体结构优化设计。研制了贯入器恒速潜入负载特性试验系统。开展了锥形、外凸、内凹弧形三种构型潜头潜入负载特性试验,试验结果验证了潜头负载模型的正确性;开展了贯入器壳体潜入负载特性试验,分析了壳体构型参数对潜入负载特性的影响。综合负载模型与试验结果,优选出贯入器构型与构型参数。为提高贯入器潜入能力,对贯入器“质量—弹簧”系统参数进行了匹配。利用多体动力学软件对参数匹配结果进行仿真验证,并研究了月面低重力环境对贯入器潜入性能的影响。利用贯入器构型优化结果,遵循轻量化、小型化的设计原则,研制了冲击式贯入器原理样机。利用高速摄像系统开展了贯入器潜入过程动态特性试验研究。搭建了贯入器潜入能力测试系统,验证了贯入器潜入能力。