[发明专利]轴向屈曲金属密封深空采样封装装置及漏率监测封装系统

说明书

本发明涉及轴向屈曲金属密封深空采样封装装置及漏率监测封装系统，轴向屈曲金属密封深空采样封装装置包括端盖、内筒和外筒，所述内筒套设在所述外筒内，所述内筒底部与外筒底部之间弹性连接，所述端盖可拆卸连接在所述外筒上端，所述内筒上端连接有一圈金属屈曲结构，所述端盖挤压所述金属屈曲结构使其发生轴向弹性形变后分别抵接在所述外筒上端端面和端盖内端面上。本发明利用能够发生轴向弹性形变的金属屈曲结构，使金属屈曲结构变形后抵接外筒上端面和端盖内端面上，实现密封功能。

技术领域

本发明涉及深空探测采样封装技术领域，具体涉及一种轴向屈曲金属密封深空采样封装装置及漏率监测封装系统。

背景技术

深空采样封装技术是深空探测领域的重要议题，深空探测采样返回的样本具有重要的科学研究价值，世界各国科学家将会对深空采样返回的土壤、岩石或液体样本进行系统的研究工作，深空探测样品的纯度及封装装置精密程度将直接影响到行星科学研究的进展方向。美国在火星探测的相关科学研究中，对采样返回封装系统进行了大量富有创造性的设计研究，提供了多种深空探测样本封装思路。美国的火星取样计划中，设计了多种封装结构的原理模型，其原理包括金属记忆合金密封、金属熔融焊接密封、冷焊密封等。日本在隼鸟2号探测器中，采用了金属挤压密封的方式，利用纯金属铝和铝合金的特殊物理性质，使得两种材料在挤压过程中产生弹性和塑性变形，有效减少了样品漏率，达到了预期效果。随着我国的深空探测技术不断成熟，未来将可能在小行星探测及火星探测中返回土壤、岩石样本，如何设计出满足科学研究要求的封装装置，成为一个亟待解决的问题。

隼鸟2号的返回舱呈碟形，总质量16.5公斤，宽约40厘米，高约22厘米，样品封装装置放置在返回舱中心位置。返回舱的前后两侧覆盖着碳纤维复合材料制成的隔板，使用碳化酚醛烧蚀剂隔热罩，以保护样本封装装置、降落伞和相关装置免受大气进入时的加热，返回舱搭载样本封装装置返回地球，以12公里/秒的速度再入大气层，再入角度为12度。样品封装装置在取样操作完成后，使用铝合金-纯铝挤压和高低温橡胶完成密封操作。封装装置端盖处设置有弹簧，能够通过弹簧压力将端盖压紧，在端盖到位后，利用特氟龙材料制作隔离层与外界隔绝，使采样样品不受尘粒等其他因素的影响，弹簧的压力将使得较软的金属纯铝与较硬的铝合金在密封面处产生挤压变形，在端盖弹簧施加的挤压力作用下，挤压变形造成纯铝的弹性、塑性形变，作为密封材料的纯铝产生较大变形，填充盖体上的槽口实现高真空密封，纯铝金属在密封面处成功赋形，进而阻止样本泄露。

返回舱具有与隼鸟2号航天器的机械和电子接口，电子器件呈放射状排列在封装装置周围，以便在整个飞行过程中从航天器转移样品以及交换数据、命令和电源，并操作返回舱的推进器。返回舱中安装有测试系统，测试系统可以进行舱内的各类加速度、温度等分析监测，以便于预估样品封装的状态。放置了1个3轴加速度计单元，1个速率传感器单元和13个温度探针。加速度计以125Hz的采样率工作，可测量高达50G的加速度。速率传感器能够跟踪任何方向下200°/s的运动。返回舱中的热监控系统包含9个传感器，以每秒1次的速度进行测量，整个系统运行温度为-50～600℃，精度为±3℃。

隼鸟号封装容器仅使用以金属挤压为基础的单级密封进行封装设计，一旦可能存在密封容器可靠性较低的问题，一旦金属挤压密封的密封面失效，整个容器将会发生泄漏，无法顺利完成封装和运输任务。

在进行小行星或火星采样后，土壤样本放置在密封瓶内，未对样本进行加压操作，可能导致样本土壤的各个土层顺序混杂，在返回地面后不能对土层进行分类研究，影响科学研究的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中深空探测采样过程中密封面可靠性低以及无法对样品进行保序处理，提供一种轴向屈曲金属密封深空采样封装装置及漏率监测封装系统。