我国嫦娥五号月球采样返回器成功进行了月球采样返回任务,在接下来的探月四期工程中将针对月球南极进行原位采样探测。围绕月球极区资源,各国利用遥感等手段获得了月球南极的永久阴影区中存在水冰的直接证据,如何实现在月球极区环境下的自动无人钻取采样是极区资源探测任务的重要环节。在各国未来的月球探测计划中,均将月球南极水冰探测作为重点,月球超低温环境下的含水月壤采样任务对含水月壤物理力学特性的需求十分迫切。本文在超低温环境下对含水模拟月壤进行动态力学特性研究。在低温环境下通过扫描电子显微镜对含水模拟月壤的微观形貌进行了观测,利用图像处理方法对含水模拟月壤微观形貌进行参数化计算,得到微观孔隙的面积、周长等参数的计算结果。在微观环境下分析含水模拟月壤颗粒胶结状态,基于饱和冻土 Bishop公式,结合一维应力波传播理论,得到含水月壤的应力波传播特性。建立有限元模型对含水模拟月壤的动态力学试验进行仿真模拟,研究模拟月壤在不同加载速率、含水率、温度、密度等条件下的动态力学响应。对比不同条件下的反射波曲线,得到不同样本参数对反射波波形的影响,为后续试验研究提供对比依据。进行超低温环境下试样温度变化的热学仿真,分析超低温试样温度保持系统的效果,得出温度保持系统可以保证试样在超低温环境下进行试验的结论。设计并加工了超低温试样温度保持工装和陪样测温系统,达到了冷却试样和试验温度监控的目的。利用哈尔滨工业大学空间碎片高速撞击研究中心的40mm大口径霍普金森压杆试验台,分别开展了不同密度和含水率的模拟月壤在不同温度下的动态力学测试,得到不同密度、含水率、温度等条件下的入射波、反射波、透射波波形,并记录超动态应变仪和示波器采集得到的电信号数据。对试验数据曲线进行了时域和频域分析。基于二波法进行了试验数据处理,得到含水模拟月壤在动态冲击下的应力-时间曲线、应力-应变曲线,研究不同试验条件下的时域曲线结果,得出含水模拟月壤的密度和含水率对应力-时间及应力-应变曲线幅值影响较大,是改变含水模拟月壤动力学特性的主要因素。对试验得出的反射波波形进行时域-频域转换,对比不同条件下的反射波频域曲线,得出反射波在不同频率下的波幅存在差异。