[發明專利]徑向屈曲金屬密封深空采樣封裝裝置及漏率監測封裝系統

有效

• 申請號: 202011033263.4
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112255005B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 趙海峰;賈晨雪;袁子豪;穆瑞楠;王珂;盛強
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間應用工程與技術中心
• 主分類號: G01N1/04
• 分類號: G01N1/04;G01M3/00;G01D21/02
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 吳佳

本發明涉及徑向屈曲金屬密封深空采樣封裝裝置及漏率監測封裝系統，徑向屈曲金屬密封深空采樣封裝裝置包括端蓋、內筒和外筒，所述內筒套設在所述外筒內，所述內筒上端與外筒上端螺紋連接，所述內筒底部與外筒底部之間彈性連接，所述端蓋可拆卸連接在所述外筒上端，所述內筒上端設有一圈金屬屈曲結構，所述端蓋內端面上形成有一圈環形溝槽，所述金屬屈曲結構置于所述環形溝槽內，所述端蓋擠壓所述金屬屈曲結構使其在所述環形溝槽內發生徑向彈性形變后貼合在所述環形溝槽的槽壁上。本發明采用金屬屈曲結構，能夠在屈曲的情況下進入端蓋縫隙中，實現與端蓋的緊密接觸，有效賦形，其體積能夠占據整個環形溝槽，實現密封作用。

技術領域

本發明涉及月球采樣月壤封裝技術領域，具體涉及一種徑向屈曲金屬密封深空采樣封裝裝置及漏率監測封裝系統。

背景技術

月壤樣品封裝技術是月球采樣領域的重要組成部分，美國在阿波羅登月任務中對月壤樣品封裝裝置進行了基于金屬擠壓密封原理的刀口密封設計，APOLLO探月任務中使用了多種構型的金屬擠壓密封封裝瓶，APOLLO任務中的樣品瓶在返回地球過程中發生過泄露，經分析是由于月塵附著在密封面處，導致整個裝置失效。前蘇聯在luna探月任務中使用的封裝瓶為橡膠密封，但由于橡膠密封在空間環境中受到溫度影響較大，密封裝置的效果不理想。我國的蘭州物理研究所采用銦銀合金刀口密封和氟橡膠多級密封方式，進行月壤樣品封裝裝置設計，高低溫度循環后漏率穩定,可以滿足未來航天器在極高真空環境下的長期穩定可靠密封使用要求。隨著我國載人登月探測任務的逐步展開，今后在航天任務中將對月壤樣品封裝將提出越來越高的要求。需要設計符合科學研究要求的封裝裝置，服務于月球科學研究。

APOLLO密封系統核心部件為在容器開口端周圍加工的刀口，壓入容器蓋內的銦-銀合金墊片，以及施加足夠力將刀口嵌入墊片內的壓合機構。在月球表面作業時，密封系統必須能夠克服月球塵埃的碰撞影響，起到保護作用。樣品封裝裝置使用之前，需要消除大部分墊片材料中滯留的氣體，然后將所述金屬擠壓材料壓入模具，形成具有矩形截面的墊片。

為了將刀口嵌入墊片并形成密封，航天員需要使用手柄扭轉壓緊裝置。由于太空服和月球重力的限制，能夠產生的最大扭矩約為32in·lbs，因此，封裝裝置所需的扭矩必須小于這個數值。通過將推力軸承-推力墊圈裝配到壓機機構中，可以盡可能有效地利用由宇航員產生的扭矩。一個錐形彈簧墊圈也裝配在推力墊圈上面。在壓緊機構的機械手柄上施加18in·lbs的扭矩時，錐形彈簧墊圈被完全壓縮，利用儲存在墊圈中的勢能在密封面上保持輕微的負荷，以防止泄漏的發生。

科學界希望封裝裝置能夠將月球樣本完整無損地送回地球。除了極微小的表面污染痕跡之外，容器中的材料必須沒有任何表面污染痕跡，且不能含有鉛銻、釷、鐳、鈾等物質，因此必須對材料進行定量評價。封裝裝置必須能夠承受163℃高溫，需要在真空環境中烘烤材料以使其釋放氣體。

設計封裝裝置時需要考慮航天員在月球引力作用下的操作能力。封裝裝置必須易于搬運，易于打開和填充，迅速密封，并方便地安裝在整體返回艙內。由于關閉所有內部容器需要扭轉運動，一個主要問題是宇航員在擰緊端蓋時對容器端蓋的抓握。零件加工初期的等離子噴涂的氧化鋁涂層較粗糙，足以防止樣品瓶在宇航員手中打滑，但當外部拋光后，需要一些其他設計增加摩擦力，最終增加了鋁桿把手輔助進行扭轉操作。

Apollo月球封裝裝置存在人機工效學情況不佳，對宇航員的操作要求過于嚴苛的問題。在宇航員取樣后對樣品進行封裝時，需要通過鋁桿把手對樣品瓶進行多次螺旋扭轉操作，極大消耗宇航員體力。

刀口密封過程中，需要加大預緊力，以便于保證硬金屬刀口插入軟金屬種，便于軟金屬賦形，這導致宇航員需要施加較大的扭轉力才能完成操作，為此還專門增加了墊片用于增加端蓋壓力。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種徑向屈曲金屬密封深空采樣封裝裝置及漏率監測封裝系統。