专利名称：一种月球样品采样密封熔焊机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及太空采样密封装置，主要涉及一种月球样品采样密封熔焊机构。
背景技术：
发射人造地球卫 星、载人航天和深空探测是人类航天活动的三大领域。重返月球，开发月球资源，建立月球基地已成为世界航天活动的必然趋势和竞争热点。自从20世纪中叶以来，人类就不断地对月球进行探索。自1958年至1976年，美国和苏联共发射108个月球探测器，成功或者部分成功52个。月球探测取得划时代的成就。美国Apollo计划和苏联的Luna计划分别进行了载人和不载人的登月取样，共获得382. 0211kg的月球样本。其中美国Apollo计划采集月球样本约381. 7kg,苏联Luna计划采集月球样本约O. 3211kg。“嫦娥一号”卫星由中国空间技术研究院承担研制，主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。根据我国探月工程三期的总体规划，要求实施月球样品的自动采集返回，并在地面实验室对月球样品进行系统的矿物学分析与研究，以期深化对月球和地·月系统演化的研究。月球样品封装容器在地·月轨道飞行中要经历复杂空间环境条件，考虑到月球样品封装的可靠性要求，在月壤样品自动封装技术的研究中必须重视空间环境因素。探月三期工程的任务是月球样品的自动取样返回。目前对月球采样封装技术的研究主要是美国的阿波罗计划和前苏联的Iuna计划。已经采用过的采样密封方式主要有O型圈密封、金属挤压铟银合金密封两种。在“阿波罗”计划中，曾经采用了 O型圈密封作为收集装置的一次密封，在二次密封的过程中，使用了金属挤压铟银合金的方式，效果还是有一定的可靠性的。在前苏联发射的Luna系列的月球探测器中，其容器采用的是橡胶密封方式，其中Luna 24采用3层取样管，柔性内管和岩心被缠绕在卷鼓螺旋槽中，使大于2m的岩心可容纳在40cm高的返回舱中。在这种采样机构的保证下，Luna系列月球探测器共完成了 3次无人月球样品采集返回的任务。对于熔焊密封技术，美国NASA对于这一方面有一定的研究。NASA曾研究过通过熔化铟或其他低熔点钎料来实现密封作用，但是由于种种原因，这些机构都没有应用到实际的采样装置上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种月球样品采集及返回装置的密封机构，这种机构是一种密封性能可靠、结构简单、可以有效的保护样品再返回过程中不受污染的密封机构。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种月球样品采样密封熔焊机构，它包括桶身、桶盖、钢垫、铟银合金圈、绝热陶瓷垫圈、加热丝和O型圈等；其中，在桶身凸缘处加工开有沟槽，在沟槽内安装有已经加工成型的铟银合金圈；在桶盖上开有O型圈槽，O型圈安装于O型圈槽内；在钢垫上加工有用于安装绝热陶瓷垫圈的台阶，并将绝热陶瓷垫圈安装于该台阶上；加热丝放置在绝热陶瓷垫圈上；桶身、桶盖和钢垫由上到下依次同心连接；
进一步地，所述的铟银合金圈加工成U型，尺寸由沟槽尺寸而定；
进一步地，所述的陶瓷垫圈加工成U形，用来放置加热丝，并且提高加热效率。本发明具有的有益效果是
1、在月球环境中，月表温度较低，而常用的O型圈密封的工作温度不能满足环境温度过低的情况，所以设计这种金属密封的方式来实现在低温环境下的密封过程；
2、通过加热使得铟银合金熔化后与密封板可以进行充分的表面接触，待冷却后可以得·到较好的密封效果；
3、与金属挤压密封相比，这样的密封方式可以避免在密封过程中由于震动而造成的焊料与密封元件结合不紧密的现象；
4、由于在太空中，外接没有大气层的缘故，所以在热传递的过程中不存在由大气造成的热损失，所以对电热丝的发出的热量可以得到充分的利用，从而达到一定的减小功耗的作用；
5、这种密封方式不需要由外接提供较大的压紧力来保证密封的可靠性，只需要将桶盖与桶身以同轴方式接合就可以通过加热来实现整个焊接密封的过程。相比较较为常用的月球采样密封技术，熔焊密封技术具有更高的可靠性，更好的密封效果以及自我调整的能力。
图I是本发明的整体结构立体图。图2是本发明的整体结构剖面图。图3是本发明的整体结构爆炸视图。图中，桶身I、桶盖2、钢垫3、铟银合金圈4、绝热陶瓷垫圈5、加热丝6、M6螺栓7、M6螺母8、O型圈9、O型圈槽10。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。如图I、图2、图3所示，本发明由桶身I、桶盖2、钢垫3、铟银合金圈4、绝热陶瓷垫圈5、加热丝6、0型圈9组成。在桶盖2、桶身I、钢垫3上靠近边沿处加工若干个用于整体固定的螺栓通孔。在桶身I、钢垫3上加工有若干个用于固定钢垫3与桶身I的螺栓通孔，做沉头处理。安装时将铟银合金圈4安装在桶身的熔焊凹槽中，在凹槽底部使用电镀的方法电镀一层镍，并通过焊接的方式将铟银合金圈4和凹槽焊接到一起，这样可以使得密封效果更佳可靠。在桶盖2上开有O型圈槽10，将O型圈9放置在O型圈槽10中；通过螺栓将钢垫3与桶身固定在一起，在钢垫3的台阶处放置已加工成型的绝热陶瓷垫圈5，将电热丝6放置在绝热陶瓷垫圈5的凹槽中。本发明的工作过程如下，在尚未开始进行熔焊密封时，桶盖2上的密封板插入到铟银合金圈4中间的缝隙中，此时电热丝6尚未通电，故铟银合金圈4保持现有的形状不变。当电热丝6通电后，当温度升高至铟银合金的熔点后，铟银合金圈6开始熔化，熔化后的液态铟银合金与桶盖2上的密封板紧密接合，待冷却后，就将桶盖2与桶身I焊接成一体，从而达到密封的效果。所述的铟银合金圈4需要加工成U型，这样可以防止在最初将桶盖2盖在桶身I上时桶盖2上的密封板与铟银合金相互接触，影响最终的密封效果。所述的绝热陶瓷垫圈5需要加工成U型，中间的凹槽内壁需要具有一定的斜度，以便可以安装电热丝。在绝热陶瓷垫圈5上需要加工出用于引线的引线孔，同时在钢垫3上的相同位置也需要加工出相应的引线孔。本发明用于对外太空的采样样品进行密封，可以根据不同的外太空环境对用于密 封的合金材料做出相应的改变与处理；同时，根据实际所具有的实验条件选择合适的加热装置，从而达到更好的密封效果。
权利要求
1.一种月球样品采样密封熔焊机构，其特征在于，它包括桶身(I)、桶盖(2)、钢垫(3)、铟银合金圈(4)、绝热陶瓷垫圈(5)、加热丝(6)和O型圈(9)等；其中，在桶身(I)凸缘处加工开有沟槽，在沟槽内安装有已经加工成型的铟银合金圈(4);在桶盖(I)上开有O型圈槽(10)，O型圈(9)安装于O型圈槽(10)内；在钢垫(3)上加工有用于安装绝热陶瓷垫圈(5)的台阶，并将绝热陶瓷垫圈(5)安装于该台阶上；加热丝(6)放置在绝热陶瓷垫圈(5)上；桶身(I)、桶盖(2)和钢垫(3)由上到下依次同心连接。
2.根据权利要求I所述的月球样品采样密封熔焊机构，其特征在于所述的铟银合金圈(4)加工成U型，尺寸由沟槽尺寸而定。
3.根据权利要求I所述的月球样品采样密封熔焊机构，其特征在于所述的陶瓷垫圈(5)加工成U形，用来放置加热丝(6)，并且提高加热效率。
全文摘要
本发明公开了一种应用于月球样品采集回收装置的金属熔焊密封机构，它包括加热丝固定装置，铟圈密封装置，这三部分通过螺栓连接在一起。本装置中应用对铟银合金的加热来实现熔焊密封的过程。在样品收集装置的凸缘上加工一条用来安装铟银合金的沟槽，在沟槽中放入加工成形的铟银合金，在铟银合金底部与筒体相接处的位置，使用焊接工艺将铟银合金与筒体相焊接，提高密封的可靠性。在桶盖上加工出一条用来与铟银合金实现熔焊密封板。密封装置的加热部分由电热丝来实现，在放置铟银合金的沟槽下部通过螺栓连接的方式，外接一个加热装置，用绝热材料加工出一块用来放置加热丝的容器，通过热辐射的方式，将铟银合金进行加热。
文档编号G01N1/04GK102879220SQ20121036662
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者张斌, 洪昊岑, 俞敏, 欧光礼, 杨华勇 申请人:浙江大学