CN105716931B - 一种地外天体样品采集密封容器的解封方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，属于真空技术领域；其方法为：将过渡舱、操作舱和解封舱内的气体置换成高纯氮气；将地外天体样品采集密封容器放置于过渡舱内后，对过渡舱抽真空；将操作舱内的高纯氮气充入过渡舱内；将所述容器移至操作舱内；将所述容器移至解封舱内，使所述容器传送至解封舱内设定的解封位置；对解封舱抽真空，然后所述容器进行解封；操作舱内的高纯氮气充入解封舱内，使操作舱与解封舱之间的压力平衡；将解封后的所述容器移至操作舱；在操作舱中，将地外天体样品从解封后的所述容器中取出；该方法解决了所述容器在高真空环境下难以进行解封、在高纯氮气环境下难以进行处理和存储的问题。

Description

一种地外天体样品采集密封容器的解封方法
技术领域
本发明属于真空技术领域，具体涉及一种地外天体样品采集密封容器的解封方法。
背景技术
深空探测的重要任务之一就是在深空获取地外天体样品如土壤、岩石等，完好封存并携带返回地球进行科学研究。地外天体表面一般为真空环境。地外天体样品在采集之前，已经在地外天体表面真空环境中保存了几十亿年。美国阿波罗计划研究表明，地外天体样品对地球大气环境中的水和氧特别敏感，一旦暴露于地球大气，将与之发生物理或化学反应，使样品失去原有的特性。因此，地外天体样品在采集、返回地面、解封、处理和存储等过程中，如何避免地外天体样品尽可能少受地球上生命活动、水、氧化等因素的影响，尽可能保持样品的原始状态，是深空探测工程重点关注的问题之一。
根据我国深空探测发展规划，我国将于2017年前实现月球样品的无人采样与返回。根据后续发展规划，我国还将进行火星的探测、火星样品采样与返回等一系列的深空探测工程。地外天体样品采集密封容器返回地面后，根据地外天体样品处理流程，还需进行地外天体样品采集密封容器、地外天体样品处理和保存等一系列的过程。保证在地外天体样品无损无污染无变性的条件下实现地外天体样品采集密封容器的解封、地外天体样品处理和保存，使样品的分析结果能反映原始的状况是地外天体样品地面处理系统最关键的问题，也是目前亟待解决的工程问题。因此，需开展地外天体样品采集密封容器解封、地外天体样品处理和保存方法研究，以满足深空探测工程地外天体样品采集密封容器地面解封、地外天体样品处理和保存的要求。
兰州空间技术物理研究所研制的地外天体样品采集密封容器采用了真空密封方式，即在星体表面的真空环境中将地外天体样品采集并放入容器中进行真空密封，使样品保持在原有的真空环境中。针对该容器的密封特性，在真空环境下对地外天体样品采集密封容器进行解封，利于地外天体样品采集密封容器，也可使地外天体样品在返回地面过程中尽可能少受地球大气环境的影响，避免样品污染。地外天体密封容器解封后，需对地外天体样品进行处理和保存。美国阿波罗计划和月球样品博物馆对地外天体样品处理和保存的研究表明，地外天体的处理和保存需在高纯惰性气体环境下进行，要求高纯惰性气体中每100万摩尔分子中，水分子少于50摩尔，氧气分子少于20摩尔即高纯惰性气体环境中水含量低于30ppm，氧含量低于20ppm，这样可使地外天体样品在处理和保存过程中尽可能少受地球大气环境的影响，避免样品污染。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，该方法解决了地外天体样品采集密封容器在高真空环境下难以进行解封、在高纯氮气环境下难以进行处理和存储的问题。
本发明是通过下述技术方案实现：
一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，其步骤为：
第一步，将过渡舱、操作舱和解封舱相通，将过渡舱、操作舱和解封舱内的气体置换成高纯氮气，使过渡舱、操作舱和解封舱的压力相同，并使压力维持在设定值；当操作舱内的湿度和氧浓度均低于设定值时，将过渡舱、操作舱和解封舱彼此封闭；
第二步，将地外天体样品采集密封容器放置于充满高纯氮气的过渡舱内后，对过渡舱抽真空处理，直到过渡舱内的真空度达到设定值；
第三步，打开过渡舱与操作舱之间的真空阀门，操作舱内的高纯氮气充入过渡舱内，当操作舱与过渡舱之间的压力平衡后，关闭真空阀门；且在此期间，持续向操作舱内充入高纯氮气,使操作舱内的压力始终维持在设定值；
第四步，使过渡舱与操作舱相通，将地外天体样品采集密封容器移至操作舱内后，将过渡舱和操作舱彼此封闭；
第五步，使操作舱与解封舱相通，将地外天体样品采集密封容器移至解封舱内，当地外天体样品采集密封容器传送至解封舱内设定的解封位置后，将操作舱与解封舱彼此封闭；
第六步，对解封舱抽真空，直到解封舱内的真空度达到设定值；然后对地外天体样品采集密封容器进行解封；
第七步，打开操作舱与解封舱之间的真空阀门，操作舱内的高纯氮气充入解封舱内，当操作舱与解封舱之间的压力平衡后，关闭真空阀门；且在此期间，持续向操作舱内充入高纯氮气,使操作舱内的压力始终维持在设定值；
第八步，使操作舱与解封舱再次相通，将解封后的地外天体样品采集密封容器移至操作舱后，将操作舱与解封舱彼此封闭；
第九步，在操作舱中，将地外天体样品从解封后的地外天体样品采集密封容器中取出，对地外天体样品进行分样、称重及编目处理，随后将处理后的地外天体样品放置在样品保护装置内。
进一步的，在第一步、第三步和第七步中的操作舱内的压力均为一个大气压±2000Pa的范围内。
进一步的，在第一步中所述高纯氮气中水的含量低于5ppm，氧的含量低于5ppm；操作舱内的湿度和氧浓度的设定值为5ppm。
进一步的，在第一步中，通过气体循环净化单元将过渡舱、操作舱和解封舱内的气体置换成高纯氮气。
进一步的，在第二步中，过渡舱内的真空度的设定值为10Pa。
进一步的，在第四步、第五步、第八步及第九步中，对地外天体样品采集密封容器的转移及操作处理均通过固定在操作舱上的真空手套完成。
进一步的，在第五步中，位于解封舱内的地外天体样品采集密封容器底部安装在传送机构的平台上，通过传送机构使地外天体样品采集密封容器传送至盖体解封机构的正下方后，使盖体解封机构与地外天体样品采集密封容器上的固定工装连接固定。
进一步的，在第六步中，解封舱内的真空度的设定值为5×10-3Pa。
进一步的，在第六步中，通过调节盖体解封机构将地外天体样品采集密封容器的盖体旋转提升，使盖体与地外天体样品采集密封容器分离，完成解封。
有益效果：(1)本发明能够在高真空环境下真空度：≤5×10-3Pa对地外天体样品采集密封容器进行解封，在高纯氮气环境下高纯氮气中水含量≤5ppm，氧含量≤5ppm对地外天体样品进行处理和存储，可使地外天体样品在解封、处理和保存过程中始终处于高真空环境、高纯氮气环境中，使样品尽可能少受地球外部环境如水、氧气等的影响，避免地外天体样品污染，满足深空探测工程地外天体样品采集密封容器地面解封、地外天体样品处理和保存的要求。
(2)采用本发明方法的地外天体样品采集密封容器解封装置是国内首台用于解封地外天体样品采集密封容器和处理地外天体样品的装置，结构简单，操作便捷，可应用于地外天体样品采集密封容器解封、地外天体样品处理和存储等。
附图说明
图1为采用本发明方法的地外天体样品采集密封容器解封装置结构组成图。
图2为本发明的流程图。
其中，1-过渡舱，2-操作舱，3-解封舱，4-第一插板阀，5-第二插板阀，6-盖体解封机构，7-地外天体样品采集密封容器，8-真空固定与传送机构，9-第一真空泵，10-第二真空泵，11-气体循环净化装置，12-真空规A，13-真空规B，14-真空规C，15-水浓度测量仪，16-氧浓度测量仪，17-透明安全玻璃观察窗，18-第一真空手套，19-第二真空手套，20-真空阀门A，21-真空阀门B，22-真空阀门C，23-真空阀门D，24-真空阀门E，25-真空阀门F，26-真空阀门G，27-气瓶27。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，参见附图1，采用所述方法的地外天体样品采集密封容器解封装置包括：过渡舱1、操作舱2、解封舱3、第一插板阀4、第二插板阀5、盖体解封机构6、真空固定与传送机构8、第一真空泵9、第二真空泵10、气体循环净化装置11、真空规、水浓度测量仪15、氧浓度测量仪16、透明安全玻璃观察窗17、第一真空手套18、第二真空手套19、真空阀门及气瓶27；
所述真空规共三个，分别为真空规A12、真空规B13及真空规C14；
所述真空阀门共七个，分别为真空阀门A20、真空阀门B21、真空阀门C22、真空阀门D23、真空阀门E24、真空阀门F25及真空阀门G26；
所述气瓶27内为高纯氮气，所述高纯氮气中水的含量低于5ppm，氧的含量低于5ppm；
所述气体循环净化装置11可对气瓶27进入该装置的氮气进行净化，可对操作舱2内的气体进行循环净化，净化后高纯氮气中水的含量低于1ppm，氧的含量低于1ppm；且该装置可自动或手动调节操作舱2内的压力，可使操作舱2内的压力控制在在1个大气压±2000Pa；
所述盖体解封机构6可用于高真空环境中，且无油污染，对地外天体样品无影响；且盖体解封机构6能够实现轴向连续移动或设定移动距离，且移动距离不小于150mm；能够实现绕轴连续旋转或设定旋转角度，且转动力矩不小于120N·m；
所述真空固定与传送机构8可用于高真空环境中，且无油污染，对地外天体样品无影响；且真空固定与传送机构8可实现沿左、右方向传动，推力不小于1000N，传动距离为300mm；
所述第一真空泵9和第二真空泵10均为无油真空泵，且无油污染，对地外天体样品无影响；
其连接关系如下：操作舱2的两端分别通过第一插板阀4和第二插板阀5与过渡舱1和解封舱2连接，且操作舱2和过渡舱1之间及操作舱2和解封舱2之间分别安装有真空阀门B21、真空阀门D23；
所述过渡舱1顶部连接有真空规A12，底部通过真空阀门A20连接有第一真空泵9；
所述操作舱2表面安装有透明安全玻璃观察窗17，透明安全玻璃观察窗17上安装有第一真空手套18和第二真空手套19；操作舱2顶部安装有真空规B13、水浓度测量仪15及氧浓度测量仪16；气体循环净化装置11通过真空阀门C22和真空阀门G26与操作舱2连接，气瓶27通过真空阀门F25与气体循环净化装置11连接；
所述解封舱3顶部安装有盖体解封机构6和真空规C14，解封舱3底部通过真空阀门E24连接有第二真空泵10，真空固定与传送机构8位于解封舱3内部，并安装在解封舱3的侧边。
参见附图2，基于所述装置的一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，其具体步骤如下：
第一步，开启气体循环净化单元11，并打开真空阀门C22、真空阀门F25、真空阀门G26、第一插板阀4和第二插板阀5，通过气瓶27和气体循环净化单元11将过渡舱1、操作舱2和解封舱3内的气体置换成高纯氮气，使过渡舱1、操作舱2和解封舱3内的压力均维持在一个大气压±2000Pa之内，观察水浓度探测仪15和氧浓度探测仪16，待水浓度探测仪15和氧浓度探测仪16的读数均低于5ppm时，关闭第一插板阀4和第二插板阀5；
第二步，打开过渡舱1的舱门，将地外天体样品采集密封容器7放置于充满高纯氮气的过渡舱1内，关闭过渡舱1的舱门后，开启第一真空泵9，并打开真空阀门A20，对过渡舱1抽真空处理，观察真空规A12的读数，待真空规A12的读数低于10Pa时，关闭真空阀门20，关闭第一真空泵9，停止抽气；
第三步，打开过渡舱1与操作舱2之间的真空阀门B21，使操作舱2内的高纯氮气充入过渡舱1内，使操作舱2与过渡舱1之间的压力平衡后，关闭真空阀门B21；且在此期间，由于真空阀门C22、真空阀门F25和真空阀门G26一直处于打开状态，气体循环净化装置11自动给操作舱2补充气体，始终使操作舱2内的压力维持在1个大气压±2000Pa；
第四步，再次打开过渡舱1与操作舱2之间的第一插板阀4，将地外天体样品采集密封容器7移至操作舱2内后，关闭第一插板阀4；操作人员通过第一真空手套18和第二真空手套19将底部固定专用工装和顶部固定专用工装分别安装于地外天体样品采集密封容器7的底部和顶部；
第五步，再次打开操作舱2与解封舱3之间的第二插板阀5，将地外天体样品采集密封容器7移至解封舱3内，并通过底部固定专用工装固定在真空固定与传送机构8的平台上，调节真空固定与传送机构8使地外天体样品采集密封容器7传送至盖体解封机构6的正下方，即为地外天体样品采集密封容器7的解封位置，调节盖体解封机构6，使盖体解封机构6与地外天体样品采集密封容器7上的顶部固定专用工装连接固定，关闭第二插板阀5；
第六步，开启第二真空泵10，打开真空阀门E24，对解封舱3抽气，观察真空规C14的读数，待观察真空规C14的读数低于5×10-3Pa时，关闭真空阀门E24和第二真空泵10，调节盖体解封机构6，将地外天体样品采集密封容器7的盖体旋转提升，使盖体与地外天体样品采集密封容器7分离，完成解封；
第七步，打开操作舱2与解封舱3之间的真空阀门D23，使操作舱2内的高纯氮气充入解封舱3内，使操作舱2与解封舱3之间的压力平衡后，关闭真空阀门D23；且在此期间，由于真空阀门C22、真空阀门F25和真空阀门G26一直处于打开状态，气体循环净化装置11自动给操作舱2补充气体，始终使操作舱2内的压力维持在1个大气压±2000Pa；
第八步，第三次打开操作舱2与解封舱3之间的第二插板阀5，调节真空固定与传送机构8，使解封后的地外天体样品采集密封容器7传送至操作舱2与解封舱3接口处，操作人员通过第一真空手套18和第二真空手套19将解封后的地外天体样品采集密封容器7移至操作舱2内后，关闭第二插板阀5；
第九步，在操作舱2中，操作人员通过第一真空手套18和第二真空手套19将地外天体样品从解封后的地外天体样品采集密封容器7取出，对地外天体样品进行分样、称重及编目处理，随后将处理后的地外天体样品放置在样品保护装置内，完成地外天体样品处理和存储。
在本实施例中：
第一步中的真空规B13的读数为一个大气压+800Pa，水浓度探测仪15的读数为0.1ppm，氧浓度探测仪16的读数为0.1ppm；
第二步中真空规A12的读数为7Pa；
第六步中真空规C14的读数为3×10-4Pa。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，其特征在于，
第一步，将过渡舱、操作舱和解封舱相通，将过渡舱、操作舱和解封舱内的气体置换成高纯氮气，使过渡舱、操作舱和解封舱的压力相同，并使压力维持在设定值；当操作舱内的湿度和氧浓度均低于设定值时，将过渡舱、操作舱和解封舱彼此封闭；
第二步，将地外天体样品采集密封容器放置于充满高纯氮气的过渡舱内后，对过渡舱抽真空处理，直到过渡舱内的真空度达到设定值；
第三步，打开过渡舱与操作舱之间的真空阀门，操作舱内的高纯氮气充入过渡舱内，当操作舱与过渡舱之间的压力平衡后，关闭真空阀门；且在此期间，持续向操作舱内充入高纯氮气,使操作舱内的压力始终维持在设定值；
第四步，使过渡舱与操作舱相通，将地外天体样品采集密封容器移至操作舱内后，将过渡舱和操作舱彼此封闭；
第五步，使操作舱与解封舱相通，将地外天体样品采集密封容器移至解封舱内，当地外天体样品采集密封容器传送至解封舱内设定的解封位置后，将操作舱与解封舱彼此封闭；
第六步，对解封舱抽真空，直到解封舱内的真空度达到设定值；然后对地外天体样品采集密封容器进行解封；
第七步，打开操作舱与解封舱之间的真空阀门，操作舱内的高纯氮气充入解封舱内，当操作舱与解封舱之间的压力平衡后，关闭真空阀门；且在此期间，持续向操作舱内充入高纯氮气,使操作舱内的压力始终维持在设定值；
第八步，使操作舱与解封舱再次相通，将解封后的地外天体样品采集密封容器移至操作舱后，将操作舱与解封舱彼此封闭；
第九步，在操作舱中，将地外天体样品从解封后的地外天体样品采集密封容器中取出，对地外天体样品进行分样、称重及编目处理，随后将处理后的地外天体样品放置在样品保护装置内。
2.如权利要求1所述的一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，其特征在于，在第一步、第三步和第七步中的操作舱内的压力均在一个大气压±2000Pa的范围内。
3.如权利要求1所述的一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，其特征在于，在第一步中所述高纯氮气中水的含量低于5ppm，氧的含量低于5ppm；操作舱内的湿度和氧浓度的设定值为5ppm。
4.如权利要求1所述的一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，其特征在于，在第一步中，通过气体循环净化单元将过渡舱、操作舱和解封舱内的气体置换成高纯氮气。
5.如权利要求1所述的一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，其特征在于，在第二步中，过渡舱内的真空度的设定值为10Pa。
6.如权利要求1所述的一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，其特征在于，在第四步、第五步、第八步及第九步中，对地外天体样品采集密封容器的转移及操作处理均通过固定在操作舱上的真空手套完成。
7.如权利要求1所述的一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，其特征在于，在第五步中，位于解封舱内的地外天体样品采集密封容器底部安装在传送机构的平台上，通过传送机构使地外天体样品采集密封容器传送至盖体解封机构的正下方后，使盖体解封机构与地外天体样品采集密封容器上的固定工装连接固定。
8.如权利要求1所述的一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，其特征在于，在第六步中，解封舱内的真空度的设定值为5×10-3Pa。
9.如权利要求1所述的一种地外天体样品采集密封容器的解封方法，其特征在于，在第六步中，通过调节盖体解封机构将地外天体样品采集密封容器的盖体旋转提升，使盖体与地外天体样品采集密封容器分离，完成解封。
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