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        月球樣品密封封裝裝置

        2021-02-02 10:09:34王春勇付朝暉李昊璘杜永剛王克成李海志
        真空與低溫 2021年1期

        王春勇,付朝暉,李昊璘,周 穎,杜永剛,紀(jì) 明,孫 亮,王克成,李海志,馬 聰

        (蘭州空間技術(shù)物理研究所,蘭州 730000)

        嫦娥五號(hào)的核心任務(wù)是采集月球樣品并返回地面,月球樣品密封封裝裝置是嫦娥五號(hào)的核心裝置之一,是唯一盛裝鉆取及表取月球樣品并自動(dòng)密封、攜帶“原汁原味”月球樣品返回地面的裝置。密封裝置的成敗決定了探月三期任務(wù)的成敗。

        承擔(dān)了國(guó)內(nèi)首次地外天體樣品無(wú)人自動(dòng)密封任務(wù)。設(shè)計(jì)的首套無(wú)人自動(dòng)月球樣品密封系統(tǒng),主要由密封裝置(主體框架、密封容器組件、蓋體組件、開(kāi)合機(jī)構(gòu)組件)和控制單元組成,鏤空的主體框架上分布著用于轉(zhuǎn)移的棘齒和導(dǎo)向柱,采用鈦合金和鋁合金保證了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度,最大限度地減輕了重量,如圖1所示。為了保證密封裝置能在無(wú)人狀態(tài)下完成自動(dòng)密封任務(wù),設(shè)計(jì)了基于絲桿傳動(dòng)原理的復(fù)合運(yùn)動(dòng)開(kāi)合機(jī)構(gòu),解決了裝置在月表的直線提升?旋轉(zhuǎn)打開(kāi)?旋轉(zhuǎn)關(guān)閉?直線下降的序列動(dòng)作。相比月面極高真空的環(huán)境,地球表面包裹著大氣層,為了防止大氣對(duì)月球樣品的污染,設(shè)計(jì)了基于金屬擠壓密封和橡膠密封冗余的月球樣品密封方案,解決了樣品返回地面過(guò)程的污染防護(hù)難題。

        密封裝置突破了“極高真空樣品密封技術(shù)”“月表真空、帶電月塵、高低溫綜合環(huán)境地面驗(yàn)證”等關(guān)鍵核心技術(shù)。密封裝置質(zhì)量4.77 kg,有效容積4 L,可盛裝月球樣品5 kg,如圖2所示,密封漏率低于4.5×10?9Pa·m3·s?1,實(shí)現(xiàn)了月球樣品的低漏率密封。

        2020年12月2日,月球樣品密封裝置在月表順利完成月球樣品密封,并于當(dāng)月17日返回地面,功能和性能正常。月球樣品密封封裝裝置的成功應(yīng)用,為后續(xù)月球極區(qū)水冰采樣返回、小行星采樣返回和火星采樣返回等任務(wù)提供了技術(shù)保障。

        關(guān)鍵詞:月球樣品;密封;裝置;防污染;極高真空;漏率

        Key words:lunar sample;seal;subsystem;anti-pollution;extra high vacuum;leakage rate

        中圖分類(lèi)號(hào):V476.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1006?7086(2021)01?0100?01

        DOI:10.3969∕j.issn.1006?7086.2021.01.015

        圖1 月球樣品密封封裝裝置

        圖2 科研人員給月球樣品稱(chēng)重

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