月球樣品密封封裝裝置

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重