CN115108140A - 月球样品存储装置以及系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种月球样品储存装置，可以应用于月球样品储存技术领域。该储存装置包括：上箱体，上箱体为具有底部开口的中空壳体；下箱体，下箱体为具有顶部开口的中空壳体，其中，上箱体的底部与下箱体的顶部密封配合形成用于储存样品的样品腔；以及换气组件，换气组件贯穿于上箱体的中空壳体，用于抽出样品腔中的气体至真空，并持续地向样品腔充入惰性气体，使得样品腔内的气压维持为微正压。本公开还提供了一种月球样品储存系统。

Description

月球样品存储装置以及系统

技术领域

本公开涉及月球与深空探测科学技术领域，具体月球样品储存技术领域，更具体地涉及一种月球样品储存装置以及系统。

背景技术

月球样品返回地面后，需要利用特殊装置将原始样品运输到与月球相关的实验室内，进行解封、存储和处理等相关工作。在进行分样处理完成后，月球样品被分为不同类型的测试样品，其中，有些测试样品并非在与在当地实验室内进行测试和研究，需要分配给全国各地的科研院所、大学和博物馆等研究机构。在将不同的样品运送到不同地方时，月球样品在长时间运输过程中必然会经历地球大气环境，极易侵蚀月球样品，降低月球样品的原有属性。也就是说，由于月球样品出自于无水的高真空环境，该样品是高还原性样品，极易受到地球上水、氧和其他物质等的侵蚀作用而遭到风化。即，月球样品从月球真空环境中提取回地球时，在测试分析前必须避免月球样品受到地球大气环境的污染，特别是氧气和水对月球样品的化学作用。

现有的样品储存装置只能短暂的对样品进行储存。即，样品储存装置长时间在大气环境下，不能完全杜绝储存装置的漏率。为了保证月球样品在运输过程中不直接接触大气中的水、氧和其他物质等，亟待需要解决在长时间处于大气环境中储存月球样品的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本公开提供了储存月球样品的装置以及系统。

根据本公开的第一个方面，提供了一种月球样品储存装置，包括：上箱体，上箱体为具有底部开口的中空壳体；

下箱体，下箱体为具有顶部开口的中空壳体，其中，上箱体的底部与下箱体的顶部密封配合形成用于储存样品的样品腔；以及

换气组件，换气组件贯穿于上箱体的中空壳体，用于抽出样品腔中的气体至真空，并持续地向样品腔充入惰性气体，使得样品腔内的气压维持为微正压。

根据本公开的实施例，上箱体包括位于底部开口且安装于上箱体的外侧面的上密封法兰；

下箱体包括位于顶部开口且安装于下箱体的外侧面的下密封法兰；

其中，上密封法兰和下密封法兰通过螺接形成密封配合。

根据本公开的实施例，上密封法兰具有与下密封法兰贴合的上贴合面；

下密封法兰具有与上密封法兰贴合的下贴合面；以及

上贴合面和下贴合面中的至少一个贴合面上开设有用于安装密封圈的燕尾槽。

根据本公开的实施例，上贴合面和下贴合面中的一个贴合面上设有导向台阶，另一个贴合面上开设有与导向台阶相互配合的导向槽。

据本公开的实施例，下箱体还包括：

设置于下密封法兰的外侧面上的至少两个侧提手座；以及

转动设置于侧提手座上的侧提手；

其中，侧提手具有紧贴下箱体的第一紧贴状态和用于提起月球样品储存装置的第一使用状态。

据本公开的实施例，上箱体还包括：

设置于上箱体的顶面且背离样品腔的提手座；以及

转动设置于提手座上的提手；

其中，提手具有紧贴上箱体的第二紧贴状态和用于提起月球样品储存装置的第二使用状态。

据本公开的实施例，月球样品储存装置还包括：

设置于下箱体的底部且位于样品腔内的导向板；以及

设置在导向板上表面且朝向上箱体延伸的至少两个导向杆。

据本公开的实施例，至少两个导向杆以上箱体的中心线圆周阵列排布于导向板上表面，用于固定月球样品。

据本公开的实施例，月球样品储存装置还包括紧贴于下箱体的内侧面设置的缓冲筒。

本公开的第二方面提供了一种月球样品储存系统，包括：

真空设备；

氮气设备；

供电设备；以及

上述的月球样品储存装置。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本公开实施例的月球样品储存装置的立体结构示意图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的月球样品储存装置的立体结构透视图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的月球样品储存装置的立体结构装配图；

图4示意性示出了根据本公开实施例的月球样品储存装置的剖视图；

图5示意性示出了图4中的局部A的放大示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。措词“一”或“一个”不排除多个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”或“底”等等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。当一个元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

本公开的实施例提供了一种月球样品储存装置，包括：上箱体，上箱体为具有底部开口的中空壳体；下箱体，下箱体为具有顶部开口的中空壳体，其中，上箱体的底部与下箱体的顶部密封配合形成用于储存样品的样品腔；以及换气组件，换气组件贯穿于上箱体的中空壳体，用于抽出样品腔中的气体至真空，并持续地向样品腔充入惰性气体，使得样品腔内的气压维持微正压。

根据本公开的实施例，当月球样品储存于储存装置中时，利用换气组件，先将样品腔抽至真空，然后再冲入氮气。由此，月球样品储存装置能够保证样品腔中的含水量和含氧量降至最低，并通过持续充入惰性气体，使得样品腔内的气压始终维持为微正压。

也就是说，现实的技术中，储存样品装置不能实现完全密封(即，样品储存装置存在漏率的现象)。由于本公开的实施例的月球样品储存装置能够持续的充入惰性气体，让样品腔内的气压始终维持为微正压，以防止大气中的氧气和水进入样品腔中，始终让月球样品处于低水低氧的环境中。其中，具有微正压的月球样品储存装置即使存在漏率的现象，由于样品腔内的气压始终维持为微正压(即，样品腔内的气压大于大气压)，可以克服大气中的氧气和水进入样品腔内，始终让月球样品处于低水低氧的环境中。与此同时，由于持续地向月球样品储存装置中充入惰性气体，能够保证月球样品储存装置具有稳定的微正压。

根据本公开的实施例，月球样品储存装置能够有效的降低长时间处于大气环境中的月球样品被水、氧风化或其他化学物质污染的危险，即，保证长时间处于大气环境中的月球样品不会受到污染。

图1示意性示出了根据本公开实施例的月球样品储存装置的立体结构示意图；图2示意性示出了根据本公开实施例的月球样品储存装置的立体结构透视图；图3示意性示出了根据本公开实施例的月球样品储存装置的立体装配图；图4示意性示出了根据本公开实施例的月球样品储存装置的剖视图。

如图1至图4所示，根据本公开实施例的月球样品储存装置100，包括上箱体1，上箱体1为具有底部开口的中空壳体；下箱体2，下箱体2为具有顶部开口的中空壳体，其中，上箱体1的底部与下箱体2的顶部密封配合形成用于储存样品的样品腔；以及换气组件3，换气组件3贯穿于上箱体1的中空壳体，用于抽出样品腔中的气体至真空，并持续地向样品腔充入惰性气体，使得样品腔内的气压维持微正压。

在一些实施例中，储存装置100可以是长方体、正方体或圆柱体等等。其中，储存装置100具体的形状根据储存样品的实际需求进行选择。

在本公开实施例中，储存装置100优选为圆柱体，圆柱体的储存装置100便于生产制造、人工搬运和长途运输。最重要的是，圆柱体的储存装置100在存放样品时，样品腔的有效利用率最高。

需要注意的是，本公开实施例的储存装置100的材料优选为不锈钢，例如可以包括0Cr18Ni9。另外，储存装置100的内表面为镜面抛光且表面粗糙度达为1.6，以及其外表面采用装饰加强结构的外表面喷丸和电抛光。

根据本公开实施例的储存装置100，上箱体1和下箱体2优选为圆柱形。其中，上箱体1和下箱体2的壳体厚度不小于5mm，以避免由于压力差而导致上箱体1和下箱体2的变形。需要说明的是，壳体的厚度是根据承受真空与大气的压力差决定的。具体地，在储存装置100抽至真空的过程中，上箱体1和下箱体2会受到来自环境中的大气压，使得上箱体1和下箱体2变形或者损坏，从而失去良好的密封性。当上箱体1和下箱体2的壳体厚度不小于5mm时，储存装置100具有一定的机械强度，可以避免上箱体1和下箱体2的变形或者损坏。也就是说，储存装置100能够满足样品腔抽真空至1000Pa，以及也可以满足微正压0.0015Mpa以及微正压状态进入缓冲区后抽真空至1000Pa形成的内压0.1005MPa状态下的强度和密封性要求。

在一些实施例中，换气组件3为具有良好密封性的双向接气嘴，通过该双向接气嘴能够抽出样品腔内的气体且向样品腔内充入气体。

另外，在本公开实施例中，换气组件3可以是贯穿于上箱体1或者下箱体2。作为本公开实施例的优选方式，换气组件3贯穿于上箱体1，主要是为了避免在空间的位置上月球样品与换气组件3之间存在冲突。例如，月球样品一般都位于储存装置100的中下部，当换气组件3安装在下箱体2时，样品存放的空间会受到换气组件3的限制。更优先地，换气组件3贯穿于上箱体1的侧面壳体，能够避免影响样品存放的空间。

根据本公开的实施例，密封后储存装置100可以通过换气组件3将样品腔置换为高纯惰性气体环境，并使其具有一定的密闭性和抗冲击能力。即使储存装置100存在一定的漏率，也能够保证在长时间处于大气环境中的月球样品不会受到污染。

需要注意的是，本公开实施例的惰性气体优选为氮气。

如图1至图4所示，根据本公开实施例的月球样品储存装置100，上箱体1包括位于底部开口且安装于上箱体1的外侧面的上密封法兰11；下箱体2包括位于顶部开口且安装于下箱体2的外侧面的下密封法兰21；其中，上密封法兰11和下密封法兰21通过螺接形成密封配合。

根据本公开实施例，上密封法兰11和下密封法兰21上分别设置有多个螺纹孔，并且上密封法兰11的螺纹孔与下密封法兰21的螺纹孔一一对应。当样品储存至样品腔中时，利用螺栓将上密封法兰11和下密封法兰21装配在一起，保证月球样品储存装置100具有一定的密封性。另外，在运输月球样品的过程中，储存装置100难免出现晃动和抖动，通过螺栓连接的上密封法兰11和下密封法兰21使得储存装置100具有一定的刚性强度，能够保证储存装置100的密封性。

如图4和图5所示，根据本公开实施例的月球样品储存装置100，上密封法兰11具有与下密封法兰21贴合的上贴合面111；下密封法兰21具有与上密封法兰11贴合的下贴合面211；以及上贴合面111和下贴合面211中的至少一个贴合面上开设有用于安装密封圈6的燕尾槽。

根据本公开实施例，为了进一步保证储存装置100的密封性，在上密封法兰11和下密封法兰21上开设用于安装密封圈6的燕尾槽。例如，在上密封法兰11的上贴合面111上开设用于安装密封圈6的燕尾槽，或者在下密封法兰21的下贴合面211上开设用于安装密封圈6的燕尾槽。作为本公开实施例优选方式，在上密封法兰11的上贴合面111和下密封法兰21的下贴合面211分别开设第一燕尾槽111a和第一燕尾槽211a，并且第一燕尾槽111a和第一燕尾槽211a相互匹配，以用于安装密封圈6，进一步优化了上密封法兰11和下密封法兰21之间的密封性。其中，本公开实施例中的密封圈6优选为全密闭结构的氟橡胶密封圈。

如图4和图5所示，根据本公开实施例的月球样品储存装置100，上贴合面111和下贴合面211中的一个贴合面上设有导向台阶，另一个贴合面上开设有与导向台阶相互配合的导向槽。

根据本公开实施例，通过导向台阶和导向槽的相互配合，能够保证上箱体1和下箱体2之间处于同心的位置。具体地，上箱体1的导向台阶111b和下箱体2的211b相互配合，有利于上箱体1和下箱体2的快速装配。与此同时，当运输或者转移储存装置100时，储存装置100会出现晃动或者抖动现象，通过上箱体1的导向台阶111b和下箱体2的211b的相互配合，能够避免螺栓的扭矩过大而导致损，从而保证了储存装置100的密封性。

如图1至图4所示，根据本公开实施例的月球样品储存装置100，下箱体还包括：设置于下密封法兰21的外侧面上的至少两个侧提手座；以及转动设置于侧提手座上的侧提手；其中，侧提手具有紧贴下箱体2的第一紧贴状态和用于提起月球样品储存装置100的第一使用状态。

根据本公开实施例，储存装置100上安装侧提手组件22，以便于人工搬运或转移。其中，可以根据实际的需求在储存装置100上安装不同数量的侧提手组件22。具体地，本实施例公开的侧提手组件22包括侧提手座和侧提手。当不使用提手时，将提手转动至紧贴在下箱体2的侧面上，能够降低储存装置100的空间占有率。当需要提起储存装置100时，转动提手至第一使用状态，以便于人工搬运。其中，侧提手座通过螺栓安装在下密封法兰21的外侧面上。具体地，在本公开实施例中，储存装置100上安装相对设置的两个侧提手组件22，当需要转移或者搬运储存装置100时，只需要两个人通过侧提手组件22可以方便搬运。

如图1至图4所示，根据本公开实施例的月球样品储存装置100，上箱体1还包括：设置于上箱体1的顶面且背离样品腔的提手座；以及转动设置于提手座上的提手；其中，提手具有紧贴上箱体1的第二紧贴状态和用于提起月球样品储存装置100的第二使用状态。

根据本公开实施例，在上箱体1安装提手组件12，主要是便于提起上箱体1，方便工人安装和装配。

如图1至图4所示，根据本公开实施例的月球样品储存装置100，还包括：设置于下箱体2的底部且位于样品腔内的导向板41；以及设置在导向板41上表面且朝向上箱体1延伸的至少两个导向杆42。

根据本公开实施例，导向组件4安装在下箱体2的底部，主要是用于固定月球样品，避免月球样品在样品腔中晃动，并与储存装置100的内壁发生碰撞。具体地，导向组件4包括设置于下箱体2的底部和设置在导向板41上的导向杆42。其中，导向板41通过螺栓或者焊接等方式安装在下箱体2的底部。导向杆42主要是对月球样品进行导向和定位，确保样品不来回晃动而不与储存装置100的内壁发生碰撞。

如图1至图4所示，根据本公开实施例的月球样品储存装置100，至少两个导向杆42以上箱体1的中心线圆周阵列排布于导向板41上表面，用于固定月球样品。

根据本公开实施例，导向杆42的排布根据实际情况来确定。例如，当盛放样品的样品盒为方形时，可以用4个导向杆42对样品盒进行定位和导向。例如，当盛放样品的样品盒为圆形时，可以用3个导向杆42对样品盒进行定位和导向。

如5所示，根据本公开实施例的月球样品储存装置100，还包括紧贴于下箱体2的内侧面设置的缓冲筒5。

根据本公开实施例，紧贴于下箱体2的内侧面设置有缓冲筒5，缓冲筒5主要是为了避免样品盒直接下箱体2的内侧面接触并相互挤压。其中，缓冲筒5采用具有一定厚度的聚四氟圆筒，例如3mm，其尺寸跟下箱体2匹配。其中，缓冲筒5的厚度与实际的需求相关。需要注意的是，聚四氟具有耐磨、耐腐蚀、绝缘、绝热且出气量小的特点，硬度远低于316，可以作为缓冲材料使用。

本公开的实施例提供了另一种月球样品储存系统，包括：真空设备；氮气设备；供电设备；以及上述的月球样品储存装置100。

由于需要将不同的月球样品运送到不同地方时，必须保证月球样品在长时间运输过程中不受地球大气环境影响，在运输过程中利用月球样品储存系统可以保证月球样品不会被水、氧风化或其他化学物质污染。

具体地，储存系统包括：真空设备、氮气设备、供电设备以及上述的月球样品储存装置100。

其中，储存系统主要有真空泵、锂电池数、显真空规、真空压力表、手动阀门、不锈钢管道、不锈钢快速接头和储存装置100等组件。需要注意的是，为了意外情况的出现，储存系统采用备份设计，设计为两套储存系统。

根据本公开实施例，该储存系统的具体过程：

在使用前，首先要对储存装置100进行检查和清洁。具体地，用无尘布蘸少量超纯水或酒精擦拭储存装置100的外表面后，再打开储存装置100，并用同样方法擦拭储存装置100的内表面和里面的各个零件，待储存装置100干燥后放入月球样品。

其次，要对真空设备和氮气设备进行检查，确认氮气设备中的氮气瓶内部的压力不低于100bar。若氮气瓶内部的压力达不到100bar，对氮气瓶进行补充至纯度为99.999％的高纯氮气。

然后，要对供电设备进行检查，确保电源剩余电量是否为100％。当电源电量低于100％时，需要进行充电。

最后，使用前对真空设备和氮气设备的各个置换零件进行检查，确保置换零件能够正常工作。

对储存系统中的各个设备进行检查完毕后，将准备运输的样品盒固定在储存装置100内，并进行密封装配，然后将储存装置100置换为高纯氮气，储存装置100内置换氮气环境次数不少于3次，置换过程中真空度不高于1000Pa。其中，储存装置100内的空气含量仅为1/1000000，而空气中氧气含量为21％，水分含量不足0.03％，最终氧气浓度不足1ppm，水分浓度更低，达到要求。置换完成后，转运箱内压力应不低于1.06×105Pa。

需要注意的是，在运输途中，将储存装置100与氮气设备进行连接，并实时检查储存装置100内的压力和补充氮气，保证储存装置100内的压力不低于1.06×105Pa。

具体地，月球样品返回地面后，探测器系统取出样品盒(即，月球样品封装装置)后移交给地面应用系统。地面应用系统利用储存系统中的储存装置100对样品盒进行密封保存，为月球样品营造一个低水低氧环境，保护月球样品在运输过程中不受地球大气污染和氧化。此外，储存装置100可为月球样品保持较长时间的正压高纯氮气环境，运输途中也能够实时检测氮气压力和补充氮气，确保月球样品始终处于低水低氧环境中。也就是说，储存装置100提高了月球样品在地面大气中长途运输的安全性和可靠性，能够有效降低月球样品在大气的转移过程中被水、样风化或其他化学物质污染的危险。

此外，储存系统可为月球样品保持一个真空和正压高纯氮气环境，其中，两种环境可自由切换。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种月球样品储存装置，其特征在于，包括：

上箱体，所述上箱体为具有底部开口的中空壳体；

下箱体，所述下箱体为具有顶部开口的中空壳体，其中，所述上箱体的底部与所述下箱体的顶部密封配合形成用于储存样品的样品腔；以及

换气组件，所述换气组件贯穿于所述上箱体的中空壳体，用于抽出所述样品腔中的气体至真空，并持续地向所述样品腔充入惰性气体，使得所述样品腔内的气压维持为微正压。

2.根据权利要求1所述的月球样品储存装置，其特征在于，

所述上箱体包括位于所述底部开口且安装于所述上箱体的外侧面的上密封法兰；

所述下箱体包括位于所述顶部开口且安装于所述下箱体的外侧面的下密封法兰；

其中，所述上密封法兰和所述下密封法兰通过螺接形成密封配合。

3.根据权利要求2所述的月球样品储存装置，其特征在于，

所述上密封法兰具有与所述下密封法兰贴合的上贴合面；

所述下密封法兰具有与所述上密封法兰贴合的下贴合面；以及

所述上贴合面和下贴合面中的至少一个贴合面上开设有用于安装密封圈的燕尾槽。

4.根据权利要求3所述的月球样品储存装置，其特征在于，所述上贴合面和下贴合面中的一个贴合面上设有导向台阶，另一个贴合面上开设有与所述导向台阶相互配合的导向槽。

5.根据权利要求2所述的月球样品储存装置，其特征在于，所述下箱体还包括：

设置于所述下密封法兰的外侧面上的至少两个侧提手座；以及

转动设置于所述侧提手座上的侧提手；

其中，所述侧提手具有紧贴所述下箱体的第一紧贴状态和用于提起所述月球样品储存装置的第一使用状态。

6.根据权利要求1所述的月球样品储存装置，其特征在于，所述上箱体还包括：

设置于所述上箱体的顶面且背离所述样品腔的提手座；以及

转动设置于所述提手座上的提手；

其中，所述提手具有紧贴所述上箱体的第二紧贴状态和用于提起所述月球样品储存装置的第二使用状态。

7.根据权利要求1所述的月球样品储存装置，其特征在于，还包括：

设置于所述下箱体的底部且位于所述样品腔内的导向板；以及

设置在所述导向板上表面且朝向所述上箱体延伸的至少两个导向杆。

8.根据权利要求7所述的月球样品储存装置，其特征在于，所述至少两个导向杆以所述上箱体的中心线圆周阵列排布于所述导向板上表面，用于固定月球样品。

9.根据权利要求1所述的月球样品储存装置，其特征在于，还包括紧贴于所述下箱体的内侧面设置的缓冲筒。

10.一种月球样品储存系统，其特征在于，包括：

真空设备；

氮气设备；

供电设备；以及

根据权利要求1-9中任意一个所述的月球样品储存装置。

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