地外天體固體樣品封裝技術綜述

耿智偉 王名亮 王波 何華東 馬動濤 位博宇 趙家岱 牛壯葳 孔寧

(1 北京科技大學機械工程學院，北京 100083)(2 蘭州空間技術物理研究所，蘭州 730000)(3 北京空間飛行器總體設計部，北京 100094)(4 天津航天機電設備研究所，天津 300301)

對地外天體進行多途徑、全方位的探測，是探索地外天體起源、演變的主要方法，能夠更加深入地探索地外天體的地質特性和空間環境[1]。20世紀以來，許多航天大國投入大量的研發經費，并制定了長期地外天體探測的發展規劃，同時把地外天體探測作為主要發展的航天技術領域[2]。對于地外天體采樣返回任務，探測器須前往目標天體采集土壤樣品并將其封裝在特殊的密封容器后返回地球[3]。

自20世紀60年代以來，美國、蘇聯、日本和歐洲均開展了針對月球、小行星、彗星等地外天體的采樣返回活動，采集到了寶貴的地外天體土壤、微粒樣品，為人類探索地外天體提供了重要的研究對象[4]。目前為止，已成功實現或計劃實施采樣返回任務的典型探測器包括美國的阿波羅號系列、起源號、星塵號、奧里西斯-雷克斯號和毅力號；蘇聯的月球號系列；日本的隼鳥號系列；歐洲的羅塞塔號、惠核號、馬可波羅號以及我國的嫦娥五號等。樣品的原始狀態與完整性對研究人員進行準確分析至關重要，整個任務過程中需將樣品以極高氣密性完整地密封在封裝容器中，避免出現因密封失效致使微量空氣的進入對樣品造成污染，降低地外天體樣品的科學意義[5-6]。由于阿波羅號、星塵號以及隼鳥1號的樣品容器返回后均出現了不同程度的泄露，導致樣品被污染[7]，不能準確地進行科學分析實驗，因此，地外天體采樣返回任務中的密封技術已成為地外探測科學發展的焦點。為此，國內外學者提出并應用了多種樣品封裝技術，主要包括密封技術和封裝機構兩個方面[8]。本文基于國內外地外天體樣品封裝技術相關進展，概述了近30年來國內外的研究成果，對比分析了其技術特點，并提出了我國地外天體樣品封裝技術的發展方向。

1 地外天體固體樣品密封技術

隨著世界各國對月球、火星及其它行星探索技術的飛速發展，對密封材料及高真空密封技術提出更嚴、更高的要求。高真空密封技術的密封材料主要包括橡膠塑料和金屬兩種材料由于樣品容器和容器蓋件不包含其他活動部件，樣品容器的密封通常采用靜態密封，靜態密封分為兩大類：預加載方式和熔接密封方式[9]。預加載方式密封主要包括O形圈密封、金屬擠壓密封、形狀記憶合金密封和復合密封；熔接密封方式主要有爆炸熔接密封和釬焊熔接密封。

1.1 預加載密封

1.1.1 O形圈密封

橡膠塑料材料尤其是性能兼有氟素橡膠及硅橡膠優點的氟硅橡膠與聚四氟乙烯材料，在高真空、高低溫、強輻射等環境下能夠保持正常工作，目前被廣泛應用于各種非載人和載人航天器的結構與機構密封。

2003-2010年，日本的隼鳥1號探測器采集絲川小行星地表的巖石樣本并返回地球[10]。如圖1所示，在隼鳥1號樣品容器的內蓋下側連接兩個氟橡膠O形密封圈，通過非火工作動器(NEA)和壓縮彈簧提供約1336 N的傳遞力壓緊雙O形氟橡膠密封圈，實現樣品容器蓋與筒體的密封。兩個不同直徑O形密封圈的設計方式，更好地保證了樣品的原始性和完整性。密封要求100 h內容器的內部壓力保持在1 Pa以下，但在返回地球后最終漏入約5000 Pa的地面空氣。

圖1 隼鳥1號樣品容器截面圖Fig.1 Sectional view of sample container of the Hayabusa-1

2011年，EAS發射了福布斯-土壤號[11]擬對火衛一實施采樣返回任務，但最終發射失敗。如圖2所示，福布斯-土壤號采用彈簧激勵聚四氟乙烯O形圈預加載的靜態冗余密封方法，通過在拱形容器內壁上下兩個不同直徑的密封槽內放置彈簧激勵的O形聚四氟乙烯密封圈實現密封系統的冗余設計。樣品容器蓋需提供40 N的壓緊力來實現容器拱頂與容器罐體的壓緊密封，密封性能要求大于0.001 mm的流體顆粒或液滴不得逸出或進入樣品罐。

圖2 福布斯-土壤號樣品容器截面圖Fig.2 Sectional view of sample container of the Phobos-Grunt

1999-2006年，美國的星塵號探測器完成了對彗星的采樣返回任務[12]。如圖3所示，圍繞星塵號樣品容器的邊緣布置聚四氟乙烯U形密封件，并由不銹鋼彈簧卡扣實現加固壓緊，使樣品容器在整個密封過程中保持6.9×103Pa的壓差，防止污染物滲透到樣品收集器。另外，樣品容器蓋的中心設有直徑為64 mm的排氣過濾器，用于在發射上升和地球再入期間平衡樣品容器內的壓力，同時防止燒蝕產生的隔熱產品污染收集到的樣品，阻止大于2 mm的顆粒進入樣品容器。

圖3 關閉的星塵號樣本容器Fig.3 Closed sample container of the Stardust

1.1.2 金屬擠壓密封

金屬擠壓密封技術所選用的密封材料一般為鋁和銀銦合金等軟金屬材料，通過擠壓使其發生塑性變形，填充到密封端面的微小溝壑，達到高真空密封的目的。

1969-1972年，美國阿波羅號系列探測器多次完成月球采樣返回任務[13]。如圖4所示，阿波羅11號、12號探測器在采樣返回任務中采用的是以銀銦合金的金屬作為金屬密封面進行擠壓密封的技術，在容器的殼體上加工鋒利的刀口，蓋體上焊接銀銦合金，刀口擠壓入銀銦合金內形成密封。容器罐體上的刀刃和蓋子槽口中的銀銦合金均用聚四氟乙烯片包裹起來，以防止灰塵的存在影響密封性能。

圖4 氣體分析樣品容器Fig.4 Gas analysis sample container

2014-2020年，日本的隼鳥2號探測器實施了對小行星1999JU3的采樣返回任務[14]。如圖5所示，隼鳥2號探測器的密封方式是在隼鳥1號的基礎上將雙氟碳O形橡膠圈密封改為鋁金屬擠壓密封。樣品容器由A6061鋁合金制成，內蓋由A1070鋁合金制成，減少了樣品收集器和容器本身的潛在污染。通過激活NEA來釋放2683 N的彈簧張力將曲面內蓋壓緊到樣品容器邊緣實現密封，密封性能要求在大氣壓下100 h可保證內部壓力不大于1.33 Pa。

圖5 隼鳥2號樣品容器截面圖Fig.5 Sectional view of sample container of the Hayabusa-2

針對阿波羅號月球采樣返回任務中出現由于月塵粘附導致樣品容器密封失效的情況，NASA提出了行星返回樣品密封容器方案[15]。如圖6所示，該方案采用刀口擠壓銦金屬的密封構型，利用聚四氟乙烯材料制作隔離層將軟金屬銦與外界隔絕開，確保樣品不受星塵和碎片的污染影響并且在正常擠壓力的作用下，軟金屬銦作為密封材料發生塑性變形填充蓋體上的槽口實現高真空密封。刀刃嵌入軟金屬銦材料內部，有效地保證了密封性能。

圖6 行星返回樣品容器截面圖Fig.6 Sectional view of sample container of the planetary return

1.1.3 形狀記憶合金密封

形狀記憶合金是一種新型功能材料，鎳鈦(Ni-Ti)形狀記憶合金具有最佳的形狀記憶效率性能，而且形狀記憶效應性能穩定，被廣泛地應用在航天領域，用于制作高密封件及堅固連接件。

2020年7月美國發射毅力號火星探測器，計劃實施火星樣品的采樣返回任務[16]。毅力號采用翅片記憶合金塞來實現火星樣品管的密封。如圖7所示，翅片記憶合金塞的主體由鎳鈦合金制成，鎳鈦合金形狀記憶特性使其在轉變為馬氏體時能夠產生高達8%的應變，在加熱回奧氏體時恢復到原來的形狀。

圖7 翅片記憶合金塞Fig.7 Finned memory alloy plug

利用鎳鈦合金的形狀記憶合金特性，翅片塞被冷卻到其最終馬氏體轉變溫度以下，翅片向內彎曲減小外徑，以便將塞子安裝到樣品管中，塞子保持其形狀，直到加熱超過其奧氏體轉變溫度，在此期間翅片放松回到其初始加工幾何形狀并膨脹到樣品管的內壁中形成密封。另外，彈簧特氟龍套圈的設計保證在合金塞失效的情況下實現防塵密封，也可將熱量與墊片隔離，以防止熱量進一步傳遞到管內樣品從而影響樣品的原始性，不銹鋼墊片被加工成與樣管內徑相匹配的形狀，并擦拭樣管表面，以清除任何較大的灰塵或污物顆粒。

1.1.4 復合密封

復合密封即雙重密封，大多通過金屬密封為主密封，橡膠圈密封為輔助密封的方式來提高樣品容器的密封性能，可避免單一密封若發生失效導致樣品被污染情況的發生。

阿波羅號采樣返回任務開發了一種復合冗余密封結構[17]，如圖8所示，樣品容器的外側密封采用O形橡膠密封圈，O形圈使用復合L608-6氟硅橡膠，憑借彈簧卡扣構成密封預緊力；第二密封使用金屬熔焊密封，在密封箱U形槽分布著軟金屬銦，將密封板安裝在容器蓋體上。焊接前，密封板嵌入在有U形口的金屬銦內，將金屬銦加熱使其熔化，從而將密封板和槽口焊接在一起。

文獻[18]設計的真空冗余密封方案是以金屬擠壓密封為主密封、橡膠圈徑向密封為輔助密封其通過地面環境試驗驗證并用于嫦娥五號的月球樣品密封。結果顯示：該方案密封漏率優于5×10-9Pa·m3/s，能夠實現地外天體樣品高真空密封，防止地外天體樣品被污染。如圖9所示，該密封結構在容器蓋體上加工了與橡膠圈匹配的密封槽，并在蓋體下側焊接銀銦合金，將容器罐體的口部設計成環形刀口。當月球樣品采集完成后裝入封裝容器，電機驅動蓋體關閉，通過火工作動機構驅動蓋體向下運動，將封裝容器刀口嵌入蓋體密封材料形成刀口擠壓密封，橡膠圈與封裝容器形成橡膠圈徑向密封，完成地外天體樣品的鎖緊及真空密封。

1.2 熔接密封

1.2.1 爆炸熔接密封

利用火藥爆炸的能量將不同種類的金屬材料熔接成一體，這種加工工藝稱為爆炸熔接工藝，主要適用于內腔溫度和壓力較小的溝槽內焊接。如圖10所示，被焊金屬表面在炸藥爆炸的過程中發生高速傾斜撞擊，同時在撞擊面上造成薄層金屬的塑性變形、適量熔化和原子間的相互擴散等，并且同種或異種金屬在短暫爆炸過程中形成結合。

圖10 爆炸熔接原理圖Fig.10 Schematic diagram of explosive welding

NASA設計了適用于火星采樣返回任務的爆炸熔接密封構型[19]，該構型采用雙層采樣密封容器結構。如圖11所示，為了保證密封封裝的樣品不被外界污染，采樣封裝容器的筒體設計成內、外兩層結構，兩層筒壁之間與外界完全隔絕；筒體也設計成上、下兩個組件，當火星樣品采集完畢后裝入封裝筒體后，啟動點火器引爆火藥，使上、下筒體的接觸表面產生焊接接頭，同時將焊接表面炸斷，使內層筒體焊接成一體，與外層采筒體徹底分離，僅內層采樣密封筒體被返回器帶回，這種爆炸熔接密封構型有效的防止了外界環境對采集樣品的污染。

圖11 爆炸熔接構型Fig.11 Explosive welding configuration

1.2.2 釬焊密封

如圖12所示，釬焊技術采用的釬料是比焊件熔點低的金屬材料，將焊件和釬料均加熱到高于釬料熔點，低于母材熔化溫度，母材表面被液態釬料潤濕并借助毛細管作用，沿接縫流動鋪展，因此釬料填充接頭間隙并與母材相互擴散、相互溶解、相互滲透，形成合金層，冷凝后形成釬焊接頭，從而實現焊件連接。

圖12 釬焊密封原理圖Fig.12 Schematic diagram of brazing sealing

NASA噴氣推進實驗室的Yoseph Bar-Cohen[20]等人設計了釬焊熔接密封構型。如圖13所示，封裝前該裝置由蓋體組件和筒體組件兩部分組成，蓋體組件分為上、下蓋體，筒體組件分為內、外筒體，均利用釬料焊接成一個整體。密封封裝時，樣品裝入筒體，蓋體與筒體貼合，開啟加熱感應線圈的電源，當黃色所示的感應線圈溫度達到500 ℃時釬料熔化，完成蓋體與筒體的焊接。上、下蓋體的釬料和內、外側筒體的釬料也受熱處于熔化狀態，并在底部彈簧力的作用下實現分離。最終上層蓋體和內筒體形成一個整體，完成樣品封裝并取出，如圖14所示。

圖13 封裝前分離、搭接和密封(S3B)樣品返回容器的結構Fig.13 Structure of separation,seaming,and sealing sample return container before encapsulation

圖14 封裝后分離、搭接和密封(S3B)樣品返回容器結構Fig.14 Structure of separation,seaming,and sealing sample return container after encapsulation

從結構復雜性、密封性能、抗污染能力等方面對6種密封方式進行對比分析，見表1。

表1 地外天體樣品密封技術對比Table 1 Comparison of sealing technologies for extraterrestrial objects

2 地外天體固體樣品封裝機構

目前，應用較為廣泛的封裝機構包括鉸鏈開合式和活塞罐體式兩種，按照技術發展歷程對在實施采樣返回任務的探測器上應用到的封裝機構進行分析闡述。

2.1 鉸鏈開合式機構

美國阿波羅號系列探測器在多次月球采樣返回任務中，使用了一種鉸鏈連接的矩形箱封裝容器。如圖15所示[6]，該容器外箱尺寸為480 mm×270 mm×200 mm，箱壁厚度約為2 mm，容積約為1.6×107mm3，可容納17 470 g樣品。

1970-1973年，蘇聯通過月球號系列探測器實現了對月球樣品的自動封裝[21]。如圖16所示，在月球16號探測器中，樣品容器集成在返回艙內，并和球形返回艙共存于一個蓋體中，以外部橡膠圈和內側刀口作為密封，刀口密封的材料是一種軟金屬，蓋體關閉機構為鉸鏈機構，利用返回艙內的火工驅動機構進行驅動。

圖16 密封結構Fig.16 Structure for the sealing

星塵號探測器的樣品容器與返回艙集成設計，樣品容器的基板安裝在返回艙的后殼上，如圖17所示，樣品容器的底部是一個厚25 mm、近乎圓形的全鋁蜂窩板，容器蓋是一個接近圓形的6061-T62鋁蓋。樣本收集裝置安裝在樣本容器內部，收集彗星塵埃時，后殼結構像蚌殼一樣打開，釋放出氣凝膠塵埃收集器來捕獲塵埃粒子，待取樣完成后，氣凝膠塵埃收集器能自動向下折疊收進返回艙，樣品容器的打開或關閉都是通過鉸鏈機構進行的。

圖17 打開的星塵號樣本容器Fig.17 Opened sample container of the Stardust

2001-2004年，美國起源號探測器完成了對太陽風粒子的采樣返回任務[22]，如圖18所示，其返回艙是一個直徑為1520 mm的鈍頭錐體，在其中間位置設有樣品容器，該樣品容器內部安裝有用于采集太陽分粒子的由六邊形硅化玻璃盤組成的采集陣列，在探測到太陽表面噴發的時候，采集陣列可通過中心旋轉機構展開，以捕獲太陽風物質，最后通過鉸鏈機構進行樣品容器艙蓋的打開或關閉操作。

圖18 起源號組成結構Fig.18 Structure of the Origin

2016年美國發射了奧里西斯-雷克斯號小行星探測器對小行星1999RQ36實施采樣返回任務[23]，預計2023年9月返回地球。如圖19所示，樣品容器被設計為返回艙結構的一個組成部分，樣品容器的下部連接到隔熱罩(見圖19中白色部分)。當樣品采集到之后，返回艙打開時即樣品容器也打開，樣品收集器固定在電子設備甲板上的捕獲環中。當返回艙關閉時，電子設備甲板和樣品容器下部之間的密封可保護封閉的樣品收集器免受外部污染。

圖19 奧里西斯-雷克斯號返回艙結構Fig.19 Structure of return capsule of the OSIRIS-Rex

2.2 活塞罐體式

如圖20所示[24]，隼鳥1號探測器的樣品容器形狀如同大法蘭的圓柱體，寬120 mm，高約130 mm，主要由裝有插銷的外蓋、內蓋、插銷架、非火工作動器和樣品收集器組成。其中樣品收集器為圓筒形，直徑為60 mm，高約70 mm，分為A、B兩個艙室，可收集兩個不同位置處的樣品。為避免零件之間的材料污染，隼鳥號樣品容器的材料成分僅限于由純鋁涂層的A6061鋁合金、304不銹鋼和氟橡膠密封圈，在發射前，樣品容器的每個部分都使用超聲波清洗機在2-丙醇中清洗[24]。

圖20 隼鳥1號樣品容器Fig.20 Sample container of the Hayabusa-1

福布斯-土壤號的樣品容器安裝在采樣機械臂的尖端，在發射期間和采樣結束之前保持在機械臂上。采樣完畢后，機械臂控制著樣品收集器將其放入返回艙中的樣品容器中并固定鎖緊，樣品容器為最大外徑16 mm，高40 mm的薄壁桶，固定鎖緊動作需要機械臂施加40 N的壓緊力。如圖21所示，拱頂固定在地球返回艙(ERC)內部結構上，密封元件為避免樣品污染的關鍵部件。

圖21 福布斯-土壤號樣品容器Fig.21 Sample container of the Phobos-Grunt

隼鳥2號的樣品容器是在隼鳥1號的基礎上加以改進，在鎖緊機構下部與樣品容器接觸處設計了金屬真空密封點，為了在返回艙回收后對樣品容器進行迅速抽真空并收集氣體。如圖22所示，將稀釋的氣體取樣接口放置在容器底部，用作氣體收集和排空的端口。樣品收集器的直徑變為48 mm，高度為57.5 mm，容積約為70 000 mm3，具有3個分區倉位的密封艙設計，包括一個大倉A，兩個小倉B/C，可以收集3個不同區域的樣品。另外，樣品收集器和樣品容器的內表面經過機械拋光成鏡面拋光表面，有助于最大限度地減少吸附的污染氣體。

圖22 隼鳥2號樣品容器Fig.22 Sample container of the Hayabusa-2

2020年我國發射了嫦娥五號探測器實施月球樣品的采樣返回任務[25]，其密封封裝裝置如圖23所示，整體為圓柱形，直徑160 mm，高度為219 mm。密封封裝裝置外部一體化設計導向棘齒，用來協同月球軌道交會對接過程中完成樣品容器從上升器到返回器的轉移過程。利用大、小升角的螺旋運動副，實現樣品密封容器蓋體的直線和旋轉運動，滿足整體集成的方案目標。鎖緊機構采用火工驅動，使用小體積、低沖擊的火工作動器，以降低火工鎖緊時的沖擊危害。

圖23 嫦娥五號樣品容器Fig.23 Sample container of the CE-5

ESA計劃2023年發射馬可波羅號探測器，針對近地C型小行星2008 EV5開展采樣返回任務[26]。其樣品容器安裝在返回艙中，在采集樣品前樣品罐門打開，開口為30 mm，樣品罐的直徑為100 mm，高度為200 mm，容積約700 000 mm3，樣品罐的形狀可產生渦流，以耗散粒子動能并捕獲樣品。當機械臂轉移樣品罐時，樣品容器啟封，返回艙通過鉸鏈鎖緊機構打開。返回艙的樣品容器繼承了“起源”號任務的容器和密封設計，如圖24所示。樣品罐進入樣品容器后，樣品容器重新處于密封狀態，樣品容器將進行防污染密封控制，樣品容器與返回艙采用了集成設計，并作為返回艙前端和后端的連接結構。為避免污染樣品，容器僅在樣品罐進入時打開采集獲得的樣品不會被大于0.001 mm的塵埃或液體粒子污染，返回地球后樣品的含水量等級低于0.1 ppm。

圖24 馬可波羅號返回艙樣品容器Fig.24 Sample container in return capsule of the Marco Polo

3 地外天體固體樣品封裝技術應用分析與改進方向

目前，應用較為廣泛的密封技術有以下6種形式：O形圈密封、金屬擠壓密封、形狀記憶合金密封、復合密封、爆炸熔接密封、釬焊熔接密封。

(1)O形圈密封常使用橡膠和塑料材料，密封結構簡單，在常溫下密封性能良好，不需要額外的驅動機構，功耗極小。但在空間環境下的一些性能還存在缺陷，其材料彈性在-100 ℃以下難以保持，難以長期承受復雜多變的空間環境[27]。因此，要根據目標天體的空間環境和任務需求來選擇密封圈的材料，如采用不銹鋼絲制成的金屬密封圈，能夠在高真空、高低溫、強輻射及各種腐蝕等環境下正常工作。

(2)金屬擠壓密封利用軟金屬特別是銀銦合金受到擠壓后發生塑性變形的特性能夠實現較好的樣品密封功能。其結構較為簡單，需要電機或作動機構提供密封的驅動力。但由于星塵的粘附或多次重復密封動作都會影響密封性能，可能導致樣品造成污染。因此，后續應對密封結構進行優化改進，增加防塵處理確保密封性能，還可研究在保證密封性能的前提下如何降低驅動力以減小功耗。

(3)形狀記憶合金密封利用形狀記憶合金的記憶效應，能夠實現良好的密封性能，其活化溫度可以通過調整合金比例來改變，并且能夠承受較大的沖擊和振動。但需要中等功率的加熱器裝置配合，密封在低溫下轉變為馬氏體狀態時可能出現松動現象，從而影響密封性能。

(4)復合密封對樣品起著雙重保護作用，以金屬擠壓密封為主密封，橡膠圈徑向密封為輔助密封，復合密封能夠提供較低的泄露率，密封性能較好。但由于密封容器蓋體與銀銦合金之間的連接能力欠佳，容易影響密封性能。因此，該密封僅適用于短時間、短距離發射任務和溫度范圍變化較小的采樣環境。

(5)爆炸熔接密封方式對外部環境要求低，無需施加壓力，也不易受到污染，理論上可以實現絕對氣密性密封。但由于爆炸會產生高能量的沖擊和高速碎片的碰撞，會損傷周圍產品和組件，同時焊接接頭也會造成破壞。因此，在今后的研究中應進行爆炸熔接密封結構的優化設計和爆炸熔接接頭表面的防塵處理，以避免爆炸給樣品密封帶來不利影響。

(6)筒體與蓋體之間形成原子間力的是釬焊熔接密封，理論上密封效果好，能夠適應長時間的地外飛行，可以為樣品創建絕對密封。但釬焊熔接密封對于粉塵或其他碎片較為敏感，導致釬焊熔接頭質量嚴重受影響。另外，釬焊密封需要使用電磁加熱裝置，其中涉及電路屏蔽裝置，使得封裝裝置內部結構更加復雜，最終影響可靠性。因此，需進行釬焊材料的選擇和加熱絲布置方式的優化并進行充分的可靠性實驗。

封裝機構包括鉸鏈開合式機構和活塞罐體式機構。當采集樣品的質量和體積較大，需要較大的空間來進行樣品封裝時，鉸鏈開合式封裝機構較為合適；當采集地外天體樣品體積較小時，可采用占用返回艙內部空間較小的活塞罐體式機構較為適宜。

4 我國地外天體樣品封裝技術展望

對比國內外地外天體固體樣品封裝技術的發展情況可知，國外針對樣品封裝技術已設計出多種密封技術與封裝機構，并進行了在軌驗證，總體水平較高。國內目前只完成了月球樣品的采樣返回任務，在不同密封類型的研發和應用方面仍有較大發展空間，應在封裝技術上進行重大突破。本文總結了目前地外天體固體樣品封裝技術發展情況，并結合我國月球樣品封裝技術發展現狀，為我國未來的深空探測發展方向和發展需求提供如下參考建議。

1)充分繼承和發展我國已有封裝技術成果

嫦娥五號成功從月球上取回1731 g樣品，填補了我國在地外天體樣品封裝技術方面的空白。在嫦娥五號密封系統的基礎上，進行深入研究與分析，對比月球與其他小天體以及火星所處不同的空間環境，針對不同的任務需求，在嫦娥五號樣品封裝技術的基礎上進行深入研究，開發出適合我國地外天體樣品封裝任務的系列化密封技術與密封結構方案。

2)樣品封裝技術的大膽探索

地外天體樣品封裝技術面臨的主要挑戰是緊湊的設計空間、極高的真空密封性能要求、復雜多變的空間環境以及在發射和返回地球階段復雜外載。我國接下來將逐步開展遠距離小天體乃至火星采樣返回任務，包括固體及氣體樣品的采集。這些苛刻的條件給樣品封裝技術的開發帶來了極大的挑戰，傳統的封裝技術已無法滿足樣品封裝技術的需求。因此，我國在參考國外成熟封裝技術基礎上，應大力探索全新且適用于我國地外天體樣品封裝任務的配套封裝技術。

3)基于航天任務的樣品容器密封與返回艙熱密封耦合設計

目前實現地外天體樣品的封裝工作均采用分級密封模式，即樣品容器的氣密封和返回艙的熱密封分別封裝，這種工作模式往往需要設計更加復雜的機械結構。例如采用機械臂進行樣品容器的封裝工作或者使用多自由度自動封裝方式，但多自由度自動封裝涉及較為復雜的電路以及程序設計，給封裝工作帶來了較大的風險。因此，后續可以考慮將樣品容器密封和返回艙熱密封進行集成設計，既簡化了對封裝機構的要求，同時又降低了對系統資源的需求，提高整個結構的可靠性，這一集成的設計構思可為封裝機構提供新的理論依據和設計視角。