一種地外天體樣品采集密封容器的解封方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于真空技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地外天體樣品采集密封容器的解封方法。
【背景技術(shù)】
[0002]深空探測的重要任務(wù)之一就是在深空獲取地外天體樣品如土壤、巖石等，完好封存并攜帶返回地球進(jìn)行科學(xué)研究。地外天體表面一般為真空環(huán)境。地外天體樣品在采集之前，已經(jīng)在地外天體表面真空環(huán)境中保存了幾十億年。美國阿波羅計(jì)劃研究表明，地外天體樣品對地球大氣環(huán)境中的水和氧特別敏感，一旦暴露于地球大氣，將與之發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，使樣品失去原有的特性。因此，地外天體樣品在采集、返回地面、解封、處理和存儲等過程中，如何避免地外天體樣品盡可能少受地球上生命活動、水、氧化等因素的影響，盡可能保持樣品的原始狀態(tài)，是深空探測工程重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。
[0003]根據(jù)我國深空探測發(fā)展規(guī)劃，我國將于2017年前實(shí)現(xiàn)月球樣品的無人采樣與返回。根據(jù)后續(xù)發(fā)展規(guī)劃，我國還將進(jìn)行火星的探測、火星樣品采樣與返回等一系列的深空探測工程。地外天體樣品采集密封容器返回地面后，根據(jù)地外天體樣品處理流程，還需進(jìn)行地外天體樣品采集密封容器、地外天體樣品處理和保存等一系列的過程。保證在地外天體樣品無損無污染無變性的條件下實(shí)現(xiàn)地外天體樣品采集密封容器的解封、地外天體樣品處理和保存，使樣品的分析結(jié)果能反映原始的狀況是地外天體樣品地面處理系統(tǒng)最關(guān)鍵的問題，也是目前亟待解決的工程問題。因此，需開展地外天體樣品采集密封容器解封、地外天體樣品處理和保存方法研究，以滿足深空探測工程地外天體樣品采集密封容器地面解封、地外天體樣品處理和保存的要求。
[0004]蘭州空間技術(shù)物理研究所研制的地外天體樣品采集密封容器采用了真空密封方式，即在星體表面的真空環(huán)境中將地外天體樣品采集并放入容器中進(jìn)行真空密封，使樣品保持在原有的真空環(huán)境中。針對該容器的密封特性，在真空環(huán)境下對地外天體樣品采集密封容器進(jìn)行解封，利于地外天體樣品采集密封容器，也可使地外天體樣品在返回地面過程中盡可能少受地球大氣環(huán)境的影響，避免樣品污染。地外天體密封容器解封后，需對地外天體樣品進(jìn)行處理和保存。美國阿波羅計(jì)劃和月球樣品博物館對地外天體樣品處理和保存的研究表明，地外天體的處理和保存需在高純惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行，要求高純惰性氣體中每100萬摩爾分子中，水分子少于50摩爾，氧氣分子少于20摩爾即高純惰性氣體環(huán)境中水含量低于30ppm，氧含量低于20ppm，這樣可使地外天體樣品在處理和保存過程中盡可能少受地球大氣環(huán)境的影響，避免樣品污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種地外天體樣品采集密封容器的解封方法，該方法解決了地外天體樣品采集密封容器在高真空環(huán)境下難以進(jìn)行解封、在高純氮?dú)猸h(huán)境下難以進(jìn)行處理和存儲的問題。
[0006]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種地外天體樣品采集密封容器的解封方法，其步驟為:
[0008]第一步，將過渡艙、操作艙和解封艙相通，將過渡艙、操作艙和解封艙內(nèi)的氣體置換成高純氮?dú)?，使過渡艙、操作艙和解封艙的壓力相同，并使壓力維持在設(shè)定值；當(dāng)操作艙內(nèi)的濕度和氧濃度均低于設(shè)定值時，將過渡艙、操作艙和解封艙彼此封閉；
[0009]第二步，將地外天體樣品采集密封容器放置于充滿高純氮?dú)獾倪^渡艙內(nèi)后，對過渡艙抽真空處理，直到過渡艙內(nèi)的真空度達(dá)到設(shè)定值；
[0010]第三步，打開過渡艙與操作艙之間的真空閥門，操作艙內(nèi)的高純氮?dú)獬淙脒^渡艙內(nèi)，當(dāng)操作艙與過渡艙之間的壓力平衡后，關(guān)閉真空閥門；且在此期間，持續(xù)向操作艙內(nèi)充入高純氮?dú)?，使操作艙?nèi)的壓力始終維持在設(shè)定值；
[0011]第四步，使過渡艙與操作艙相通，將地外天體樣品采集密封容器移至操作艙內(nèi)后，將過渡艙和操作艙彼此封閉；
[0012]第五步，使操作艙與解封艙相通，將地外天體樣品采集密封容器移至解封艙內(nèi)，當(dāng)?shù)赝馓祗w樣品采集密封容器傳送至解封艙內(nèi)設(shè)定的解封位置后，將操作艙與解封艙彼此封閉；
[0013]第六步，對解封艙抽真空，直到解封艙內(nèi)的真空度達(dá)到設(shè)定值;然后對地外天體樣品采集密封容器進(jìn)行解封；
[0014]第七步，打開操作艙與解封艙之間的真空閥門，操作艙內(nèi)的高純氮?dú)獬淙虢夥馀搩?nèi)，當(dāng)操作艙與解封艙之間的壓力平衡后，關(guān)閉真空閥門；且在此期間，持續(xù)向操作艙內(nèi)充入高純氮?dú)?，使操作艙?nèi)的壓力始終維持在設(shè)定值；
[0015]第八步，使操作艙與解封艙再次相通，將解封后的地外天體樣品采集密封容器移至操作艙后，將操作艙與解封艙彼此封閉；
[0016]第九步，在操作艙中，將地外天體樣品從解封后的地外天體樣品采集密封容器中取出，對地外天體樣品進(jìn)行分樣、稱重及編目處理，隨后將處理后的地外天體樣品放置在樣品保護(hù)裝置內(nèi)。
[0017]進(jìn)一步的，在第一步、第三步和第七步中的操作艙內(nèi)的壓力均為一個大氣壓土2000Pa的范圍內(nèi)。
[0018]進(jìn)一步的，在第一步中所述高純氮?dú)庵兴暮康陀?ppm，氧的含量低于5ppm;操作艙內(nèi)的濕度和氧濃度的設(shè)定值為5ppm。
[0019]進(jìn)一步的，在第一步中，通過氣體循環(huán)凈化單元將過渡艙、操作艙和解封艙內(nèi)的氣體置換成高純氮?dú)狻?br>[0020]進(jìn)一步的，在第二步中，過渡艙內(nèi)的真空度的設(shè)定值為lOPa。
[0021]進(jìn)一步的，在第四步、第五步、第八步及第九步中，對地外天體樣品采集密封容器的轉(zhuǎn)移及操作處理均通過固定在操作艙上的真空手套完成。
[0022]進(jìn)一步的，在第五步中，位于解封艙內(nèi)的地外天體樣品采集密封容器底部安裝在傳送機(jī)構(gòu)的平臺上，通過傳送機(jī)構(gòu)使地外天體樣品采集密封容器傳送至蓋體解封機(jī)構(gòu)的正下方后，使蓋體解封機(jī)構(gòu)與地外天體樣品采集密封容器上的固定工裝連接固定。
[0023]進(jìn)一步的，在第六步中，解封艙內(nèi)的真空度的設(shè)定值為5X 10—3Pa。
[0024]進(jìn)一步的，在第六步中，通過調(diào)節(jié)蓋體解封機(jī)構(gòu)將地外天體樣品采集密封容器的蓋體旋轉(zhuǎn)提升，使蓋體與地外天體樣品采集密封容器分離，完成解封。
[0025]有益效果:(I)本發(fā)明能夠在高真空環(huán)境下真空度:<5X10—3Pa對地外天體樣品采集密封容器進(jìn)行解封，在高純氮?dú)猸h(huán)境下高純氮?dú)庵兴?lt; 5ppm，氧含量< 5ppm對地外天體樣品進(jìn)行處理和存儲，可使地外天體樣品在解封、處理和保存過程中始終處于高真空環(huán)境、高純氮?dú)猸h(huán)境中，使樣品盡可能少受地球外部環(huán)境如水、氧氣等的影響，避免地外天體樣品污染，滿足深空探測工程地外天體樣品采集密封容器地面解封、地外天體樣品處理和保存的要求。
[0026](2)采用本發(fā)明方法的地外天體樣品采集密封容器解封裝置是國內(nèi)首臺用于解封地外天體樣品采集密封容器和處理地外天體樣品的裝置，結(jié)構(gòu)簡單，操作便捷，可應(yīng)用于地外天體樣品采集密封容器解封、地外天體樣品處理和存儲等。
【附圖說明】
[0027]圖1為采用本發(fā)明方法的地外天體樣品采集密封容器解封裝置結(jié)構(gòu)組成圖。
[0028]圖2為本發(fā)明的流程圖。
[0029]其中，1-過渡艙，2-操作艙，3-解封艙，4-第一插板閥，5-第二插板閥，6_蓋體解封機(jī)構(gòu)，7-地外天體樣品采集密封容器，8-真空固定與傳送機(jī)構(gòu)，9-第一真空栗，10-第二真空栗，11-氣體循環(huán)凈化裝置，12-真空規(guī)A，13-真空規(guī)B，14-真空規(guī)C，15-水濃度測量儀，16-氧濃度測量儀，17-透明安全玻璃觀察窗，18-第一真空手套，19-第二真空手套，20-真空閥門A，21-真空閥門B，22-真空閥門C，23-真空閥門D，24-真空閥門E，25-真空閥門F，26-真空閥門G，27-氣瓶27。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0031]本發(fā)明提供了一種地外天體樣品采集密封容器的解封方法，參見附圖1，采用所述方法的地外天體樣品采集密封容器解封裝置包括:過渡艙1、操作艙2、解封艙3、第一插板閥
4、第二插板閥5、蓋體解封機(jī)構(gòu)6、真空固定與傳送機(jī)構(gòu)8、第一真空栗9、第二真空栗10、氣體循環(huán)凈化裝置11、真空規(guī)、水濃度測量儀15、氧濃度測量儀16、透明安全玻璃觀察窗17、第一真空手套18、第二真空手套19、真空閥門及氣瓶27;
[0032]所述真空規(guī)共三個，分別為真空規(guī)A12、真空規(guī)B13及真空規(guī)C14;
[0033]所述真空閥門共七個，分別為真空閥門A20、真空閥門B21、真空閥門C22、真空閥門D23、真空閥門E24、真空閥門F25及真空閥門G26 ；
[0034]所述氣瓶27內(nèi)為高純氮?dú)猓龈呒兊獨(dú)庵兴暮康陀?ppm，氧的含量低于5ppm；
[0035]所述氣體循環(huán)凈化裝置11可對氣瓶27進(jìn)入該裝置的氮?dú)膺M(jìn)行凈化，可對操作艙2內(nèi)的氣體進(jìn)行循環(huán)凈化，凈化后高純氮?dú)庵兴暮康陀趌ppm，氧的含量低于Ippm;且該裝置可自動或手動調(diào)節(jié)操作艙2內(nèi)的壓力，可使操作艙2內(nèi)的壓力控制在在I個大氣壓±2000Pa；
[0036]所述蓋體解封機(jī)構(gòu)6可用于高真空環(huán)境中，且無油污染，對地外天體樣品無影響；且蓋體解封機(jī)構(gòu)6能夠?qū)崿F(xiàn)軸向連續(xù)移動或設(shè)定移動距離，且移動距離不小于150mm;能夠?qū)崿F(xiàn)繞軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)或設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度，且轉(zhuǎn)動力矩不小于120N.m；
[0037]所述真空固定與傳送機(jī)構(gòu)8可用于高真空環(huán)境中，且無油污染，對地外天體樣品無影響；且真空固定與傳送機(jī)構(gòu)8可實(shí)現(xiàn)沿左、右方向傳動，推力不小于1000N，傳動距離為300mm；
[0038]所述第一真空栗9和第二真空栗10均為無油真空栗，且無油污染，對地外天體樣品無影響；
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