[发明专利]一种可变内径实现三轴压缩锁紧月壤样品的储存容器

说明书

本发明涉及一种可变内径实现三轴压缩锁紧月壤样品的储存容器，包括上密封盖、外桶、弹性内桶、内径收缩楔块、环形联动机构和轴向顶紧弹性件，弹性内桶套设在外桶内，环形联动机构套设在弹性内桶与外桶之间；外桶的底壁设有斜坡，环形联动机构下端与斜坡接触并可相对斜坡移动，环形联动机构上端与内径收缩楔块的楔形坡面接触并可相对内径收缩楔块移动；轴向顶紧弹性件一端与外桶的底壁连接，另一端固定有可在弹性内桶中密封滑动的滑块；上密封盖扣合在外桶顶部，并通过挤压内径收缩楔块，使环形联动机构上下两端分别沿楔形坡面和斜坡滑动，实现弹性内桶的径向收缩，同时使轴向顶紧弹性件被压缩。本发明能够尽可能保存月壤样品的原始层理信息。

技术领域

本发明涉及天体样品返回封装存储技术领域，具体涉及一种可变内径实现三轴压缩锁紧月壤样品的储存容器。

背景技术

美国天体样品返样封装技术最早发展于20世纪60年代的阿波罗计划，针对月球样品返回后需要进行元素、同位素分析以及有机物成分测定等诸多科学问题，开发了一系列基于特氟龙包装袋，以及不锈钢制样品管和铝制样品箱的组合式样品封装体系。美国阿波罗计划的采样是基于宇航员人工进行样品筛选和采集，并手动封装；同时针对大量不同类型样品的密闭返回和后续低本底测试的科学需求；阿波罗计划采用铝制密封手提箱作为样品的外包装，内部以特氟龙样品袋，不锈钢质样品管作为直接与样品接触的容器保存不同类型的样品。为了保证样品的密封性，阿波罗计划选用了304L材质的不锈钢样品管，并采用In-Ag合金，以金属压接的形式将样品管完全密封。不锈钢样品管主要用来储存钻芯以及一些颗粒更加粗大的样品。对于月壤样品，阿波罗计划采用特氟龙样品袋，以及使用铝制标签下卷密封，并使用尼龙搭扣进一步固定的方案收集样品。

在月岩/壤样品封装技术方面，NASA在20世纪70年代的阿波罗11-17号任务中主要采用了刀口挤压铟银合金密封技术，但由于月尘碎片的影响，在任务过程中出现多次密封失效问题。而后在2005年的NASA SBIR/STTR项目推动下，对刀口挤压铟银合金密封技术的结构设计和铟银合金组分进行了改进，发展为金属熔融密封技术，消除了月尘碎片对封装技术密封性的影响。在火星样品返回计划中，NASA先于2000年提出了爆炸焊接密封技术，而后又于2007年提出了作为改进方案的钎焊密封技术，这两种技术在保证封装容器外壁不被污染的同时，从理论上实现了绝对气密性密封。在2012年，NASA又针对火星岩芯样品设计了带有形状记忆合金盖/塞的样品封装容器，相比于焊接密封降低了样品被污染的风险。在密封技术之外，封装后月壤样品的层序保持对后续研究具有重要意义，但NASA所设计的封装容器在封装后无法进一步保护月壤样品层序，且尚未发现美国在该方面的其他相关技术。

国内目前发展的样品封装技术研究有限，而针对美国在火星样品返回计划和日本在隼鸟2号中发展的新一代样品封装技术，国内开展相关技术攻关较少，现有封装技术在气密性、可靠性方面均与美国日本现有技术存在差距，因此大力发展我国样品封装技术十分必要。同时，与岩芯样品相比，土壤样品更为松软，封装后土壤样品层序更容易受到运输过程中的振动影响，因此样品层序主动保持十分必要。

阿波罗所采用的封装容器为一个箱体，封装容器的盖体打开时可以和箱体完全分离，盖体的开合和锁紧均依靠航天员手工完成。样品封装容器为矩形箱体，密封面的形状为矩形。样品容器的一次密封采用O形橡胶密封圈，位于密封结构的外侧，依靠弹簧卡扣形成密封预紧力。二次密封采用金属熔焊密封方式，即在容器盒体上开槽口和在容器盖体上焊接密封板，并在槽口内安装有U形口的金属铟。在熔焊之前，密封板插在金属铟的U形口内；在密封时，用加热管加热金属铟使其熔化后，将密封板熔焊在槽口内并形成密封。这种由O形橡胶圈密封和金属熔焊密封构成的密封方式为一种冗余密封结构。

此外在“阿波罗”计划中，还采用了一种圆柱形的样品容器。这种容器用来收集岩芯样品或微量气体样品，容器的密封采用了金属挤压密封技术，在容器的壳体上加工有锋利的刀口，在盖体上安装铟银合金，利用刀口挤压入铟银合金内形成密封。容器的盖体上安装拉爪机构，拉爪可以把容器盖体压紧在容器壳体的刀口上并锁紧。