CN111076966B - 用于月壤水分提取的一体化取样机构及月壤水分提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于月壤水分提取的一体化取样机构及月壤水分提取方法，该取样机构包括电机、与电机连接的减速器、套筒、钻杆、钻杆进给驱动组件、月壤临时容器、适应单元、以及机架。本发明解决了适用于对含水月壤进行高效取样和输送，并将其中的水分进行蒸发以供提取和利用的取样加热一体化。该取样机构在使用钻杆的外螺旋将钻头破碎所得到的含水月壤碎屑向上输送的同时，同步加热月壤并使其中的水分汽化，水蒸气可以被收集起来，用作各种用途，且取样机构能够适应月面起伏不平的地形。

Description

用于月壤水分提取的一体化取样机构及月壤水分提取方法

技术领域

本发明属于深空探测技术领域，涉及一种取样机构及月壤水分提取方法，特别涉及一种用于月壤水分提取的螺旋输送及加热一体化取样机构及月壤水分提取方法。

背景技术

随着人类再次实施载人登月任务并在后续开展月球基地建设以达到长期驻月的目的，配套物质及能源补给都将成为其核心难题。受限于发射的能力和成本，传统的从地球运送物资到月球的方式难以有效支撑未来有人月球探测任务的发展，需要不断降低对来自地球的物质和能源补给的依赖性。因此，原位资源利用技术将成为未来实施有人月球探测任务的关键技术。

研究表明，月球两极地区存在大量的水分，它们以冻土或者水冰的形式存在于月面以下一定深度的月壤中。月球水资源的利用是原位资源利用的主要目标之一，贯穿于生命保障、能源、推进等各个环节，对以水冰冻土形式存在的含水月壤进行取样并将水分提取出来是水资源利用的关键环节。

现有的月球土壤取样技术，主要出于科学研究的目的。其中，钻进取样技术主要使用细长钻杆在月面上钻孔，钻杆为中空结构，在钻进的过程中月壤样品进入到钻杆内部，并被收集起来；铲挖采样技术，则主要用于对月面的浅层月壤进行取样，随后将样品转移到着陆器/巡视器上的仪器中开展科学研究，或者转移到封装装置中并返回地球，在地面实验室开展研究。

月球土壤中的水分含量很低，且位于月面以下一定深度，因此，通过钻进来获取含水月壤是一种可行的路径。月壤中水分提取存在以下难题：

(1)适应地形不平：取样机构将在月球表面多个地点工作，因此需要基于巡视器等移动平台，当移动平台在月面上行走并寻找取样地点时，取样机构需要能够适应地形的起伏不平，避免与月球表面发生干涉，造成机构不必要的损伤；

(2)水分提取方法：月球表面的水分是以水冰或者冻土的形式存在于月壤之中的，为了对水分进行收集，首先需要将水分从月壤中提取出来。

(3)取样机构内部密封环境：为了对从月壤中的水分进行收集，需要对取样机构内部空间与取样机构外部的真空环境进行隔离，在取样机构内部形成密封环境，以避免水蒸气泄露，影响收集效果。

(4)月壤的临时存储：含水月壤在取样时，由于取样机构体积的限制，月壤不能无限制的上升。为了保持取样过程的连续性，为后续的月壤样品提供上升空间，需要设置样品临时容器。

现有的钻进取样机构或方法未解决或涉及上述问题，样品收集效率低，不适用于月壤取样。因此，为了提高月壤水分的收集效率，需要一种高效的月壤取样机构及其相应的月壤水分提取方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明人进行了锐意研究，以解决上述涉及的至少一个问题。为此，本发明提供了一种适用于对含水月壤进行高效取样和输送，并将其中的水分进行蒸发以供提取和利用的取样加热一体化机构；该机构在使用钻杆的外螺旋将钻头破碎所得到的含水月壤碎屑向上输送的同时，同步加热月壤并使其中的水分汽化，水蒸气可以被收集起来，用作各种用途，且该取样机构能够适应月面起伏不平的地形，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下技术方案：

第一方面，一种用于月壤水分提取的螺旋输送及加热一体化取样机构，该取样机构包括电机、与电机连接的减速器、套筒、钻杆、钻杆进给驱动组件、以及机架；

电机和减速器用于产生钻杆的回转运动，钻杆进给驱动组件用于产生钻杆的轴向移动，它们共同构成钻杆的螺旋运动；

钻杆包括上部的钻杆光滑段和下部的钻杆螺旋段两部分，钻杆光滑段用于与外部机构连接，带动钻杆整体的回转和轴向移动；钻杆螺旋段始终位于套筒内部，其下端为锥体状钻头，通过回转进给运动进入月球表面下部，使含水月壤沿着钻杆螺旋段叶片和套筒上升；钻杆内部开设中空结构，向该中空结构中引入外部能量并转化为热能，可以将含水月壤加热脱水；

套筒套设在钻杆外，其侧壁上开设水汽出口，含水月壤加热产生的水汽通过该水汽出口导出套筒；

机架用于固定取样过程中与月面不产生上下位移的结构单元。

第二方面，一种月壤水分提取方法，采用伸缩套筒式螺旋输送及加热一体化取样机构(方案一)实施水分提取，该方法包括以下步骤：

选定好采样地点后，下套筒在下套筒驱动组件的作用下，压在月壤表面之上，并在底部密封组件、上部往复式和旋转式复合动密封组件、套筒与下套筒之间的往复式动密封组件的协助下，与套筒共同构成密闭的空间；

在钻杆下钻的过程中，含水月壤沿着钻杆螺旋叶片和套筒、下套筒形成的密闭通道向上运动；同时在钻杆中空通道内部，通过光热转换装置直接或者电热转换装置间接将太阳光能转换为热能，使钻杆温度升高，并加热含水月壤，使其中的水分产生相变成为水蒸气并从套筒上部的水汽出口流出；

月壤上升到月壤通道开口高度时，在离心力和扰动组件的共同作用下，月壤离开套筒，进入月壤通道，流入月壤临时容器中，暂时存放起来；

当完成一个地点的月壤取样任务后，可将月壤临时容器下方的门打开，将月壤排出；下套筒和钻杆升起，寻找下一个取样地点或者结束提取。

第三方面，一种月壤水分提取方法，采用整体升降式螺旋输送及加热一体化取样机构(方案二)实施水分提取，该方法包括以下步骤：

选好取样地点后，机构升降驱动组件驱动取样机构其它部分整体向下运动，直到套筒下端压在月壤表面，机构升降驱动组件锁定；套筒在底部密封组件和上部往复式和旋转式复合动密封组件的协助下，构成密闭的空间；

在钻杆下钻的过程中，含水月壤沿着钻杆螺旋叶片和套筒形成的密闭通道向上运动；同时在钻杆中空通道内部，通过光热转换装置直接或者电热转换装置间接将太阳光能转换为热能，使钻杆温度升高，并加热含水月壤，使其中的水分产生相变成为水蒸气并从套筒上部的水汽出口流出；

月壤上升到月壤通道开口高度时，在离心力和扰动组件的共同作用下，月壤离开套筒，进入月壤通道，流入月壤临时容器中，暂时存放起来；

当完成一个地点的月壤水分提取任务后，可将月壤临时容器下方的门打开，将无水月壤排出；取样机构其它部分在机构升降驱动组件的带动下升起，寻找下一个取样地点或者结束提取。

第四方面，一种月壤水分提取方法，采用简易构型式螺旋输送及加热一体化取样机构(方案三)实施水分提取，该方法包括以下步骤：

选好取样地点后，钻杆进给驱动组件和套筒升降驱动组件同步运动，驱动取样机构其它部分整体向下运动，直到套筒下端压在月壤表面，套筒升降驱动组件锁定；套筒在底部密封组件和上部往复式和旋转式复合动密封组件的协助下，构成密闭的空间；

在钻杆下钻的过程中，含水月壤沿着钻杆螺旋叶片和套筒形成的密闭通道向上运动；同时在钻杆中空通道内部，通过光热转换装置直接或者电热转换装置间接将太阳光能转换为热能，使钻杆温度升高，并加热含水月壤，使其中的水分产生相变成为水蒸气并从套筒上部的水汽出口流出；

月壤上升到月壤通道开口高度时，在离心力和扰动组件的共同作用下，月壤离开套筒，进入月壤通道，流入月壤临时容器中，暂时存放起来；

当完成一个地点的月壤水分提取任务后，取样机构其它部分在钻杆进给驱动组件和套筒升降驱动组件的带动下升起，寻找下一个取样地点或者结束提取。

本发明提供的一种用于月壤水分提取的螺旋输送及加热一体化取样机构及月壤水分提取方法，带来了有益的技术效果：

(1)本发明中机构具有地形适应性：本发明提出了三种新型机构方案，用于调整机构的整体或者下部部分组件的高度，当取样机构搭载的移动平台在月面上行走并寻找取样地点时，取样机构能够适应地形的起伏不平，避免与月球表面发生干涉；

(2)本发明中机构具有取样加热一体化钻杆：本发明中钻杆除了取样的基本功能外，还采用了中空通道设计，通过引入热源使钻杆温度升高，加热沿钻杆外螺旋上升的含水月壤，使其中的水分蒸发提取出来，该设计实现了水分提取的高效性；

(3)本发明中机构具有密闭套筒：不同于以往的螺旋输送式月壤采样机构，为了对从月壤中蒸发出来的水分进行收集，需要在套筒内部形成密封环境，以避免水蒸气泄露，影响收集效果，本发明在套筒上可能泄露的部位设计了密封结构，尤其是套筒或下套筒最下端与月壤之间的底部密封组件，有效保证了套筒内部空间与套筒外部的真空环境的完全隔离；

(4)本发明中机构具有套筒外部的样品临时存储空间：由于机构体积的限制，月壤不能沿套筒无限制的上升；为了保持取样过程的连续性，并不破坏套筒内部空间的密封性，在套筒外侧增加了与套筒连通的可开闭的样品临时存储空间，用于容纳水分被提取过的无水月壤。

附图说明

图1示出伸缩套筒式螺旋输送及加热一体化取样机构；

图2示出整体升降式螺旋输送及加热一体化取样机构；

图3示出简易构型式螺旋输送及加热一体化取样机构。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

本发明提供了一种用于月壤水分提取的一体化取样机构，该取样机构包括电机、与电机连接的减速器、套筒、钻杆、钻杆进给驱动组件、以及机架；其中，

电机和减速器用于产生钻杆的回转运动，钻杆进给驱动组件用于产生钻杆的轴向移动，它们共同构成钻杆的螺旋运动；

钻杆包括上部的钻杆光滑段和下部的钻杆螺旋段两部分，钻杆光滑段用于与外部机构连接，带动钻杆整体的回转和轴向移动；钻杆螺旋段始终位于套筒内部，其下端为锥体状钻头，通过回转进给运动进入月球表面下部，使含水月壤沿着钻杆螺旋段叶片和套筒上升；钻杆内部开设中空结构，向该中空结构中引入外部能量并转化为热能，可以将含水月壤加热脱水；

套筒套设在钻杆外，其侧壁上开设水汽出口，含水月壤加热产生的水汽通过该水汽出口导出套筒；

机架用于固定取样过程中与月面不产生上下位移的结构单元。

在本发明中，取样机构的钻杆为中空结构，其中空通道内可以引入热源，并将钻杆的温度升高。钻杆在将钻头破碎所得到的含水月壤碎屑向上输送的同时，还能够对其进行加热，使其中的水分汽化，并通过套筒侧壁的水汽出口流出并收集起来。

钻杆的热源包括以下三种形式：(a)使用太阳电池阵将太阳光转换为电能，并引入钻杆的中空结构，中空结构内置电热转换装置(如电阻片等)，将电能转化为热能，使钻杆温度升高；(b)使用聚光系统将太阳光进行汇聚形成高能量密度的光束，并引入钻杆的中空结构，中空结构限制光束溢出，将光能转化为热能，使钻杆温度升高；(c)使用聚光系统将太阳光进行汇聚形成高能量密度的光束，并引入钻杆的中空结构，中空结构内表面的光热转化涂层将光能转化为热能，使钻杆温度升高；其中，光热转化涂层可以为本征吸收涂层、金属半导体涂层、光干涉型涂层、金属-电介质复合涂层、光学陷阱涂层、选择性透射涂层等中的任意一种或多种，如目前已商业化生产的选择性透射涂层CrN-Cr₂O₃、TiNO_x、TiC/TiO_xN_y/AlN、NiNiO、Mo-SiO₂、W-Al₂O₃、Mo-Al₂O₃等。

在本发明中，该取样机构还包括月壤临时容器，月壤临时容器位于水汽出口下方，月壤在套筒中上升时，通过月壤通道进入月壤临时容器。

优选地，月壤通道斜向下设置，月壤在流出套筒时的初始动能和相当于地球重力1/6大小的月球重力的共同作用下流入到月壤临时容器中。

更优选地，月壤临时容器进样口设置扰动组件，扰动组件向套筒中心位置处延伸，对月壤进行扰动，便于月壤进入月壤临时容器中。扰动组件可以选用毛刷类似物，兼具柔性和刚性，上升的月壤进行有效扰动。

在本发明中，为解决适应地形不平的难题，本发明设计了三种技术方案，在第一种方案中，适应单元包括下套筒、和下套筒驱动组件。下套筒套设在套筒下部，在下套筒驱动组件的作用下能够沿钻杆轴向方向移动，压在月壤表面之上。

在该方案中，钻杆进给驱动组件、套筒、和下套筒驱动组件均固连于机架上，电机、减速器和钻杆安装在钻杆进给驱动组件的滑块上，下套筒安装在下套筒驱动组件的滑块上，驱动机构驱动滑块沿设定滑轨滑动，进而带动滑块上器件发生位移。

此时，为实现套筒内部空间与套筒外部的真空环境的完全隔离，在套筒和钻杆之间设置往复式和旋转式复合动密封组件，如磁流体密封组件；套筒与下套筒之间设置往复式动密封组件，如成型填料密封组件、胀圈密封组件；下套筒末端套设底部密封组件，如胶圈。下套筒在上部复合动密封组件、套筒与下套筒之间的往复式动密封组件、以及底部密封组件的协助下，与套筒共同构成密闭的空间。

具体地，采用方案一设计的伸缩套筒式螺旋输送及加热一体化取样机构如图1所示。主要包括：电机、减速器、套筒(含有水汽出口)、钻杆(包括钻杆光滑段和钻杆螺旋段两部分，内部中空结构构成连续的中空通道)、钻杆进给驱动组件、月壤临时容器(含容器门)、扰动组件、下套筒、下套筒驱动组件、底部密封组件、机架。

取样机构整体通过机架固定在巡视器等移动平台上。其中，钻杆由上部的钻杆光滑段和下部的钻杆螺旋段两部分组成，螺旋部分始终位于套筒内部。电机和减速器用于产生钻杆的回转运动，钻杆进给驱动组件用于产生钻杆的轴向移动，它们共同构成钻杆的螺旋运动。当选定好采样地点后，下套筒在下套筒驱动组件的作用下，压在月壤表面之上，并在底部密封组件、上部往复式和旋转式复合动密封组件、套筒与下套筒之间的往复式动密封组件的协助下，与套筒共同构成密闭的空间。在钻杆下钻的过程中，含水月壤沿着钻杆螺旋叶片和套筒、下套筒形成的密闭通道向上运动。与此同时，在钻杆中空通道内部，通过光热转换装置直接或者电热转换装置间接将太阳光能转换为热能，使钻杆温度升高，并加热含水月壤，使其中的水分产生相变成为水蒸气并从套筒上部的水汽出口流出。月壤上升到一定高度时，其内部的水分已完全转化为气态，在离心力和扰动组件的共同作用下，月壤离开套筒，进入月壤通道，并最终在重力的作用下流入到月壤临时容器中，暂时存放起来。月壤临时容器下方有可开闭的门，当处于闭合状态时，可使容器内部处于密封状态，以避免水蒸气通过容器门缝隙泄露。当完成一个地点的月壤取样任务后，可将容器门打开，将月壤排出。在移动平台寻找下一个取样地点的过程中，下套筒和钻杆升起，以避免和月面干涉并引起不必要的机构损伤。

在第二种方案中，适应单元包括机构升降驱动组件、和套筒升降运动单元。套筒在套筒升降运动单元的带动下，压在月壤表面之上。在该方案中，机构升降驱动组件和套筒升降运动单元均固连于机架上，电机、减速器、和钻杆安装在钻杆进给驱动组件的滑块上，钻杆进给驱动组件固定在机构升降驱动组件的滑块上，套筒安装在套筒升降运动单元的滑块上，其中驱动组件带动力而套筒升降运动单元不带动力，机构升降驱动组件和套筒升降运动单元的滑块运动同步，钻杆进给驱动组件的滑块运动独立，滑块沿设定滑轨滑动，进而带动滑块上器件发生位移。

此时，为实现套筒内部空间与套筒外部的真空环境的完全隔离，在套筒和钻杆之间设置往复式和旋转式复合动密封组件，如磁流体密封组件；套筒末端套设底部密封组件，如胶圈。套筒在上部复合动密封组件、以及底部密封组件的协助下，构成密闭的空间。

具体地，采用方案二设计的整体升降式螺旋输送及加热一体化取样机构如图2所示。主要包括：电机、减速器、套筒(含有水汽出口)、钻杆(包括钻杆光滑段和钻杆螺旋段两部分，内部中空结构构成连续的中空通道)、钻杆进给驱动组件、扰动组件、月壤临时容器(含容器门)、机构升降驱动组件、套筒升降运动单元、底部密封组件、机架。

整体升降式螺旋输送及加热一体化取样机构与伸缩套筒式螺旋输送及加热一体化取样机构的不同之处在于适应地形不平的方式和套筒内部密封环境的形成方式。机构升降驱动组件和套筒升降运动单元均固连于机架上，其中驱动组件带动力而套筒升降运动单元不带动力，二者的滑块运动同步，取样机构其它部分安装在机构升降驱动组件和套筒升降运动单元的滑块上。选好取样地点后，机构升降驱动组件驱动取样机构其它部分整体向下运动，直到套筒下端压在月壤表面，机构升降驱动组件锁定。套筒在底部密封组件和上部往复式和旋转式复合动密封组件的协助下，构成密闭的空间。含水月壤的取样，月壤中水分的提取以及无水月壤进入样品临时容器暂时存放的过程与伸缩套筒式螺旋输送及加热一体化取样机构的基本相同。在移动平台寻找下一个取样地点的过程中，取样机构其它部分在机构升降驱动组件的带动下升起，以避免和月面干涉并引起不必要的机构损伤。

在第三种方案中，适应单元包括套筒升降驱动组件。在该方案中，钻杆进给驱动组件、和套筒升降驱动组件均固连于机架上，电机、减速器和钻杆安装在钻杆进给驱动组件的滑块上，套筒安装在套筒升降驱动组件的滑块上，驱动机构驱动滑块沿设定滑轨滑动，进而带动滑块上器件发生位移。

此时，为实现套筒内部空间与套筒外部的真空环境的完全隔离，在套筒和钻杆之间设置往复式和旋转式复合动密封组件，如磁流体密封组件；套筒末端套设底部密封组件，如胶圈。套筒在上部复合动密封组件、以及底部密封组件的协助下，构成密闭的空间。

具体地，采用方案三设计的简易构型式螺旋输送及加热一体化取样机构如图3所示。主要包括：电机、减速器、套筒(含有水汽出口)、钻杆(包括钻杆光滑段和钻杆螺旋段两部分，内部中空结构构成连续的中空通道)、钻杆进给驱动组件、月壤临时容器(含容器门)、扰动组件、套筒升降驱动组件、底部密封组件、机架。

简易构型式螺旋输送及加热一体化取样机构与伸缩套筒式螺旋输送及加热一体化取样机构的不同之处在于适应地形不平的方式和套筒内部密封环境的形成方式。钻杆进给驱动组件和套筒升降驱动组件均固连于机架上，二者的滑块运动独立，取样机构其它部分安装在钻杆进给驱动组件和套筒升降驱动组件的滑块上。选好取样地点后，钻杆进给驱动组件和套筒升降驱动组件同步运动，驱动取样机构其它部分整体向下运动，直到套筒下端压在月壤表面，套筒升降驱动组件锁定。套筒在底部密封组件和上部往复式和旋转式复合动密封组件的协助下，构成密闭的空间。钻杆进给驱动组件可继续驱动钻杆向下运动进行取样作业。含水月壤的取样，月壤中水分的提取以及无水月壤进入样品临时容器暂时存放的过程与伸缩套筒式螺旋输送及加热一体化取样机构的基本相同。在移动平台寻找下一个取样地点的过程中，取样机构其它部分在钻杆进给驱动组件和套筒升降驱动组件的带动下升起，以避免和月面干涉并引起不必要的机构损伤。

在本发明中，驱动组件可以为本领域常用的驱动组件，只要起到驱动功能即可，其可选用丝杠机构、绳索滑轮机构、齿轮齿条机构等，还包括滑轨和位于滑轨上的滑块。

本发明的第二方面，提供了一种月壤水分提取方法，采用包括方案一所述适应单元的取样机构实施，该方法包括以下步骤：

选定好采样地点后，下套筒在下套筒驱动组件的作用下，压在月壤表面之上，并在底部密封组件、上部往复式和旋转式复合动密封组件、套筒与下套筒之间的往复式动密封组件的协助下，与套筒共同构成密闭的空间；

在钻杆下钻的过程中，含水月壤沿着钻杆螺旋叶片和套筒、下套筒形成的密闭通道向上运动；同时在钻杆中空通道内部，通过光热转换装置直接或者电热转换装置间接将太阳光能转换为热能，使钻杆温度升高，并加热含水月壤，使其中的水分产生相变成为水蒸气并从套筒上部的水汽出口流出；

月壤上升到月壤通道开口高度时，在离心力和扰动组件的共同作用下，月壤离开套筒，进入月壤通道，流入月壤临时容器中，暂时存放起来；

当完成一个地点的月壤取样任务后，可将月壤临时容器下方的门打开，将月壤排出；下套筒和钻杆升起，寻找下一个取样地点或者结束提取。

本发明的第三方面，提供了一种月壤水分提取方法，采用方案二所述适应单元的取样机构实施，该方法包括以下步骤：

选好取样地点后，机构升降驱动组件驱动取样机构其它部分整体向下运动，直到套筒下端压在月壤表面，机构升降驱动组件锁定；套筒在底部密封组件和上部往复式和旋转式复合动密封组件的协助下，构成密闭的空间；

在钻杆下钻的过程中，含水月壤沿着钻杆螺旋叶片和套筒形成的密闭通道向上运动；同时在钻杆中空通道内部，通过光热转换装置直接或者电热转换装置间接将太阳光能转换为热能，使钻杆温度升高，并加热含水月壤，使其中的水分产生相变成为水蒸气并从套筒上部的水汽出口流出；

月壤上升到月壤通道开口高度时，在离心力和扰动组件的共同作用下，月壤离开套筒，进入月壤通道，流入月壤临时容器中，暂时存放起来；

当完成一个地点的月壤水分提取任务后，可将月壤临时容器下方的门打开，将无水月壤排出；取样机构其它部分在机构升降驱动组件的带动下升起，寻找下一个取样地点或者结束提取。

本发明的第四方面，提供了一种月壤水分提取方法，采用方案三所述适应单元的取样机构实施，该方法包括以下步骤：

选好取样地点后，钻杆进给驱动组件和套筒升降驱动组件同步运动，驱动取样机构其它部分整体向下运动，直到套筒下端压在月壤表面，套筒升降驱动组件锁定；套筒在底部密封组件和上部往复式和旋转式复合动密封组件的协助下，构成密闭的空间；

在钻杆下钻的过程中，含水月壤沿着钻杆螺旋叶片和套筒形成的密闭通道向上运动；同时在钻杆中空通道内部，通过光热转换装置直接或者电热转换装置间接将太阳光能转换为热能，使钻杆温度升高，并加热含水月壤，使其中的水分产生相变成为水蒸气并从套筒上部的水汽出口流出；

月壤上升到月壤通道开口高度时，在离心力和扰动组件的共同作用下，月壤离开套筒，进入月壤通道，流入月壤临时容器中，暂时存放起来；

当完成一个地点的月壤水分提取任务后，取样机构其它部分在钻杆进给驱动组件和套筒升降驱动组件的带动下升起，寻找下一个取样地点或者结束提取。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于月壤水分提取的一体化取样机构，其特征在于，该取样机构包括电机、与电机连接的减速器、套筒、钻杆、钻杆进给驱动组件、月壤临时容器、适应单元以及机架；

电机和减速器用于产生钻杆的回转运动，钻杆进给驱动组件用于产生钻杆的轴向移动，它们共同构成钻杆的螺旋运动；

钻杆包括上部的钻杆光滑段和下部的钻杆螺旋段两部分，钻杆光滑段用于与外部机构连接，带动钻杆整体的回转和轴向移动；钻杆螺旋段始终位于套筒内部，其下端为锥体状钻头，通过回转进给运动进入月球表面下部，使含水月壤沿着钻杆螺旋段叶片和套筒上升；钻杆内部开设中空结构，向该中空结构中引入外部能量并转化为热能，可以将含水月壤加热脱水；

套筒套设在钻杆外，其侧壁上开设水汽出口，含水月壤加热产生的水汽通过该水汽出口导出套筒；月壤临时容器位于水汽出口下方，月壤在套筒中上升时，通过月壤通道进入月壤临时容器，月壤临时容器进样口设置扰动组件，扰动组件向套筒中心位置处延伸，对月壤进行扰动；

适应单元用于适应不平地形，适应单元包括下套筒和下套筒驱动组件；下套筒套设在套筒下部，在下套筒驱动组件的作用下能够沿钻杆轴向方向移动，压在月壤表面之上；在套筒和钻杆之间设置往复式和旋转式复合动密封组件；套筒与下套筒之间设置往复式动密封组件；下套筒末端套设底部密封组件；下套筒在上部复合动密封组件、套筒与下套筒之间的往复式动密封组件、以及底部密封组件的协助下，与套筒共同构成密闭的空间；

机架用于固定取样过程中与月面不产生上下位移的结构单元。

2.根据权利要求1所述的用于月壤水分提取的一体化取样机构，其特征在于，钻杆内部的中空结构中内置电热转换装置，将电能转化为热能，使钻杆温度升高；

钻杆内部中空结构的内表面涂布有光热转化涂层，将引入的光能转化为热能，使钻杆温度升高。

3.一种月壤水分提取方法，采用权利要求1或2所述的取样机构实施水分提取。

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