由于月尘无所不在，造成的影响巨大且是多方面的，因此需要针对具体应用场合和应用对象采用不同的防尘技术。月尘影响对象大致有表面类的，如温控表面和光学表面等；有机械结构类的，如月球车轮等回转部件以及机械密封部件；有腔室类的，如登月舱、精密仪器内部等。月尘防护有外部防护和内部防护之分，内部即位于腔室内。通常在整个探月过程中都要对月尘进行防护，所以各类防护方法是组合使用的，如仪器内部防护在仪器外部也需要先进行防护。

防尘技术通常分为主动防护和被动防护。主动防护指通过施加外力去除月尘，通常需要输入能量，如机械力、超声波、流体冲击力、静电力、磁力等，有时甚至需要宇航员亲自操作，如阿波罗登月时由宇航员用尼龙刷清扫月尘^[14-15]。而被动防护则不需借助外力，而是依赖自身结构来防护月尘，如在所要防护的结构或表面设置挡板或防护罩，此外，表面改性也是常被采用的被动防护措施^[14-15]。图4为月尘防护技术的分类。

由于月尘防护技术多种多样，如何针对具体月尘防护对象采用针对性防护措施，这是一个需要系统集成研究的问题。NASA提出构造一种集成的月尘防护策略—三管齐下（A Three Pronged Approach），即操作和结构上的考虑、被动防护技术、主动防护技术^[16]。其中强调在月球探测过程中影响月尘弥漫的最大变量就是操作和结构上的考虑，如采取缓慢有条理的动作、调整工具的设计结构等。针对羽流问题来优化着陆顺序以及着陆器喷管等部件的设计。总之，操作路径规划和结构设计属于从源头上来减轻月尘的影响，而主动防护和被动防护只是起到清除、屏蔽的作用。曾令斌等^[17]结合月尘扬起、传输、沉降附着以及造成破坏的过程，提出了从减少月尘扬起，阻断月尘传输，减弱月尘沉降到抑制月尘附着的全过程月尘防护策略。此外，Aliberti J^[18]提出了一种除尘范式，即通过考虑除尘对象、所需要提供的材料和能量，以及除尘后的尘埃去向和过程中产生的副产物，把除尘过程分为四个阶段即松动月尘-剥离表面-输运月尘-降解月尘。

针对大空间的月尘防护，如防护月球上已有的设备和设施，可以选择合适的登月地点，避免在月尘浓度高和容易产生月尘的月表登陆。还可以采取主动防护，如在月表进行月面硬化和在设备和设施周围设置防尘坝等^[17]。Wilson T L和Wilson K B^[19]提出一种月壤烧结的办法来硬化月球表面，将环氧树脂和月壤烧结在一起，同时在其表面采用热等离子喷涂技术喷涂氢层，以在一定区域内防止月尘弥漫，图5为该方法的示意图。

以上介绍了月尘的全流程防护研究以及针对大空间的防尘手段。

凡是通过借用外力从器件上除去月尘的手段都可归于此类。有机械力、流体冲击力和电磁力三大外力。

主动防护技术研究中以电磁法研究最多。

2004年以来，NASA的Calle C I等^[20]就开始研究电动防尘罩（Electrodynamic Dust Shield，EDS）技术，又称电行波除尘法、电帘除尘法，原理如图6所示^[21]。EDS由嵌入薄电极的多层介质涂层组成，通过多相低频交流电产生行波电场，带静电的月尘颗粒在库仑力和介电泳力的作用下沿表面输送来达到除尘的目的。NASA的研究表明，EDS在模拟火星和月球环境条件下运行很成功^[22]。

Kawamoto H等^[23]考虑了在施加单相矩形电压时EDS的除尘效果，结果表明，在真空条件下微倾斜的板面灰尘去除率达90%以上。配合机械振动和在月球低重力环境下运行，该装置的防尘效果会更高。这与施加四相矩形电压产生的效果几乎一致，但使用单相矩形电压可以使装置大大简化。研究还发现低频和高电压的电压信号除尘效果更好。然而，该方法很难分离和去除直径小于10 μm的月尘颗粒。此后，该团队又改进此方法，如调整传送带的布局从简单平行排布变为方形涡旋或圆形涡旋排布，改变电极的间距等，并使用Apollo 11带回的真实月尘进行实验，结果表明真实月尘的清除效果更好，使用模拟月尘得到的数据是保守的^[21]。

孙旗霞等^[24]分析了月尘在EDS上的运动过程和状态,指出库仑力是驱动力,而介电泳力和黏附力是阻力，通过高速摄影方法发现月尘颗粒会做周期性的跳起和下落运动，如图7所示。为尽可能减少EDS的功耗，其提出将低压连续工作模式和高压触发模式结合使用，前者是为了持续清除小粒径的月尘，后者是为了排斥大粒径的月尘降落。

Jiang J等^[25]利用光电材料镧修饰锆钛酸铅(PLZT)在强紫外光照射下会极化产生高电压的特性，将其正极接到除尘电极，负极接到待保护表面使月尘极化，从而利用电场力去除月尘。除尘电极是由绝缘层、铜箔和绝缘基底组成的薄片，工作原理如图8（a）所示^[26]。装置测试结果表明，可以清除大部分尺寸为0.01 mm ~ 0.18 mm的月尘颗粒。大于0.18 mm的月尘主要是由于电场力无法克服重力而不能被提升，小于0.01 mm的月尘则受范德瓦耳斯力主导倾向于停留在表面。在320 mm×125 mm覆盖月尘的表面上，该技术的降尘效率可达到95%。团队进一步优化电极结构^[26]，将其形状设计成梳子状，见图8（b），三种电极铜箔面积相等。实验研究了电极几何参数对除尘效率的影响，结果表明，这三种铜箔面积相等的不同形状电极产生的除尘电压相等；铜箔面积越大，除尘效率越小，所以电极面积相等的梳状电极除尘效率比普通电极更高；绝缘膜材料和铜箔厚度对除尘效率影响不大；梳状电极使得表面电荷更均匀，提高了除尘效率；齿宽越窄，除尘效率越高，齿宽和齿隙均为1 mm时，除尘效率可达到近100%。

Afshar M N等^[27-28]长期研究静电月尘收集器（ELDC），通过理论和模拟分析，发现提供最高约6.4 kV/m的电场就可以将100 μm的月尘颗粒全部收集起来。该方法所需的电场强度比EDS小一千倍。收集到的月尘颗粒会形成与原电场方向相反的静电场，这会导致收集效率逐渐降低，最终月尘会悬浮在电场中间，此时可以通过施加更大的电压来抵消这一不利影响^[29]。同时进行实验研究，实验装置简图如图9所示，将模拟月尘摩擦带电(同时使用旋转管和斜面摩擦带电两种方法，以获得尽可能高的表面电荷)，用法拉第杯测量电荷以评估收集的月尘含量。实验证明了铝材表面比不锈钢表面更容易除尘（铝电导率比不锈钢高24倍），也验证了理论分析得到的规律，即收集效率与外加电压成正相关，但是收集效率很低（高真空情况下最高才35%）。这与理论和模拟结果差距很大，分析原因是实验条件与月球极高真空和低重力的情况不符^[29]。该课题组又提出一种静电月球除尘器(ELDR)，它由多电极集成，电极采用X型排布，功耗是单电极的9倍但是除尘面积扩大了36倍，离散元模拟结果表明长度5 cm和10 cm的电极处理30 cm×30 cm的表面达到百分百除尘效率的最低电压分别为2.2 kV和1.4 kV，但该技术还未进行实验验证^[31]。

Bango J J等^[32]提出一种电喷雾技术，原理如图10所示。由于施加了高电压，液滴表面电荷密度急剧增加，射流最终会分裂成多个小液滴，带电的月尘被这些小液滴吸引并捕获从而达到除尘的目的，该技术效率很高，只需要几微瓦的功率和几微升的水。实验结果证明了电喷雾装置可以非常有效地去除尺寸小至0.3 μm的颗粒而压降损失接近于零。

Kawamoto H等^[33]提出并研制了一种磁辊除尘装置，它由一组固定的多极磁辊、旋转套筒、板式磁铁和收集袋组成，如图11所示。带磁性的月尘被磁辊捕集后沿着滚筒旋转，当运动到板式磁铁对面时会被其吸引最后落入收集袋，实验测得的除尘效率为40%^[34]。为了提高效率该团队进一步结合EDS辅助吸附搬运月尘^[35]，模拟月尘实验结果表明可达到64%的除尘效率。考虑到真实月尘的磁导率更高，预计实际除尘效率会更高。该装置结构较简单且不消耗电能，是一种有着广阔前景的除尘技术。

电子束或紫外线可以诱导月尘颗粒发射二次电子，同时这些电子又可以被月尘颗粒重吸收，这样月尘表面可以集聚足够大的电荷量，这些电荷相互排斥可以使月尘从表面脱附^[36]，如图12(a)所示。Flanagana T M和Goree J^[37]研究发现只有在等离子体和电子束一起使用时才可以达到清除表面月尘的目的，单独使用等离子体或电子束都没有效果。Farr B等^[36]的实验表明电子束法（通入氩气使灯丝发射的电子束碰撞气体分子，产生高密度的等离子体和电子束的混合物）可以在一分钟以内达到75%~85%的清洁效果（剩下的为较难清除的薄单层月尘）。在此基础上改变电子束入射角，可使整体表面清洁度增加10%~20%，实验装置简图如图12(b)所示^[38]。

Aliberti J^[18]设计了一种刷子和鼓风机一体化的便携式除尘装置，如图13所示，刷毛是Kevlar^TM纤维，气体射流由加压二氧化碳气瓶提供，同时气瓶用Kapton^TM绝缘并电加热以防止二氧化碳在月球极低温环境下冷凝。任德鹏等^[39]设计了一种喷气除尘系统，如图14所示，这是一种利用气体冲击力来除尘的主动防护技术。通过模拟吹除铝合金板散热面的月尘，结果表明多喷嘴除尘面积可超过0.6 m²，除尘时间小于2 s。但需要携带气瓶，由于载荷重量限制，该方法具有不可持续性。所以该方法基本上只能用于一次性清除在探测器着陆时由羽流造成的覆盖在其表面的月尘。

此外，还有利用尼龙毛刷和机械振动（或超声波）的除尘技术^[14-15,40]。前者因为需要人为操作或者设置复杂的机械结构（影响设备的可靠性），且毛刷的耐用性有限，还可能损伤待保护表面，所以只能作为辅助除尘手段使用。而后者的振动会影响设备的其他部分，且清除的月尘易飘散到附近表面，因此实用性不强。

被动防护技术研究以表面改性研究最多。

表面改性的研究是基于月尘与各类功能表面的粘附机理展开的，换言之通过修饰表面使其粘附的作用力减弱，从而达到月尘防护的目的。穆萌等^[41]分析月尘粘附机理，指出其中起决定性作用的作用力是范德瓦耳斯力和静电力，两种作用力作用范围不同，前者为短程力，后者为长程力，进而就减轻这两种作用力的被动防护方法进行了回顾，此外该作者还就月尘防护效果测试手段进行了综述。

月尘颗粒与接触表面的范德瓦耳斯力与表面材料的表面能和表面粗糙度有关。通过借鉴荷叶防水原理NASA开发了Lotus涂层^[42]，即通过镀一层低表面能、具有纳米尺度微结构的高粗糙度的表面涂层来防尘，如图15所示。微纳结构减少有效表面接触面积，从而防止小颗粒月尘附着在微细凹槽里。Connor K M O^[43]的实验表明涂覆了Lotus涂层表面接触角大于150°（强疏水性）而没有涂层时小于90°（非疏水性）。张海燕等^[44]通过电化学刻蚀结合低表面能涂覆来实现表面改性。通过将布满月尘的已表面改性的铝板翻转一定角度，计算掉落的月尘占总月尘含量的比例来表征月尘防护效率。测试表明表面改性后翻转角度为60°时的月尘防护效率为58.41％，而未处理的表面其效率仅为16.56%。Wang X等^[45]比较不同蚀刻方法，发现结合化学蚀刻和电化学蚀刻的复合蚀刻方法可以产生具有微纳米粗糙度的多尺度结构，经复合刻蚀后，铝基板的粉尘附着力由45.53 nN显著降低到8.89 nN，降幅达80%；倾斜90°试验的月尘覆盖率为2.19%比处理前的9.11%低了4倍。

功函数匹配涂层（Work Function Matching Coatings，WFM）。功函数是将电子从材料表面转移到材料外部所需要的最低能量，在摩擦起电过程中，电子从功函数低的材料转移到功函数高的材料。如果具有相同功函数的两种材料表面相互接触时，就不会发生电荷转移。通过涂层技术使待保护材料的功函数与月尘功函数匹配，这样带静电的月尘颗粒就不容易附着在各类功能表面上了，这就是WFM技术的原理^[46]。James R G等^[47]采用氩离子束溅射沉积技术在铝基热控表面上镀一层月尘模拟物来制备WFM涂层（月尘模拟物与实际月尘的功函数很接近）。氮气吹除实验结果表明除尘效率最高可达80%，而未经处理前小于10%。实验团队还采用了氧离子束表面改性，但防尘效果几乎没有提高。

Jesus A D等^[48]发现熔融月尘模拟物会发生向上迁移的现象，该作者解释为热马兰戈尼效应(也称为热毛细效应)，即熔体内部和坩埚壁的温度梯度产生的表面张力大于熔体重力，从而导致熔体以薄膜形式向上迁移，实验结果如图16所示。Dorota B等^[46]也实验验证了这一现象并提出建议将该方法作为表面改性的手段以获得WFM涂层。此外，该涂层也同时具有耐磨性，且可以原位利用月壤进行涂覆，具有广阔前景。

此外，还有通过原子层沉积制备的氧化铟锡涂层，这是一种可以消除月尘电荷从而减弱静电吸附力的静电放电涂层^[40]。

此外，把主动防护技术和被动防护技术组合使用共同来实现月尘防护，这也是月尘防护技术的发展趋势。Kavya K M等^[49-50]将EDS主动技术（使用了碳纳米管作为电极材料）和WFM被动技术组合集成到宇航服表面来防护月尘，可以同时实现防止月尘累积和清除已经堆积在宇航服表面的月尘这两大功能，试验结果表明可防止尺寸在10~75 μm之间超过80%的模拟月尘。

Crowder M等^[51]利用离子束沉积方法制备一种非晶碳氟化合物（a-C:F）薄膜，在硅表面覆盖单分子层该薄膜，表面水接触角从30°提高到110°，表现为疏水性。研究表明该方法制备的薄膜能够降低材料表面能，从而显著降低月尘附着力。此外，该薄膜在−196℃~400℃间具有热稳定性，有类似金刚石的耐磨性，因此具有广阔前景。James R G等^[47]将该技术应用于热控表面进行研究，结果表明氮气吹除月尘效率从23%提高到67%。Adrienne D等^[52]使用该技术修饰三种不同材料表面进行对比研究，包括导体(黑色聚酰亚胺薄膜)、半导体(硅)和绝缘体(石英)。处理后三种材料的粘附力都有明显程度的下降，其中黑色聚酰亚胺薄膜粘附力降低主要是由于接触电荷减少而导致静电力大幅降低（处理后范德瓦耳斯力增加了，但是增加程度不及静电力降低程度）。硅和石英粘附力的减少与降低表面能导致范德瓦耳斯力降低有关。此外，该研究团队还研究了空间紫外线照射对材料表面粘附力的影响，其中黑色聚酰亚胺薄膜和硅受影响不大，但石英在经紫外线照射后粘附力显著增加。

Cannon K M等^[41]提出一种剥离涂层的想法，其易吸附月尘且吸附完成后可以脱落更新再生，但其目前还没有实际制备出来。

此外，最简单易用的被动防护方法就是设置防尘罩（如针对热控表面和光学表面等）和挡泥板（如月球车等）^[14-15,40]。

中国将进行月球水冰探测计划，届时飞跃器会飞往月球南极永久阴暗区挖掘月壤，并进行原位检测以期找到月球水冰存在的直接证据，此外这也是月球原位资源利用（ISRU）的关键一环。

水冰探测仪主要由采掘部分、加热部分和分析部分三大环节组成。采掘部分通常采用螺旋钻取提升；加热部分通常采用微波辐射加热、电阻加热或太阳能聚光加热；分析部分一般采用质谱仪和色谱仪联用。在质谱色谱仪前端要设置小孔防止气流量过大损坏仪器。

针对水冰探测仪的月尘防护问题是一个独特的课题。月尘会堵塞小孔，且进入质谱计中会干扰正常检测甚至有损坏质谱计的风险。此外加热样品后有水蒸气流通，如何在分离月尘等杂质的同时减少水的损失，这是一个待解决的问题。因此，提出使用过滤和密封相结合的防尘方案。

以上综述主要是外表面防护研究，包括应用在温控表面、光学表面以及宇航服上。内表面或是腔室内部防尘往往采用过滤法。如针对水冰探测仪采掘到的样品加热蒸发后在进入分析部分之前，需要对其进行过滤。

月尘等颗粒物质与气相混合实际上形成了气溶胶，因此此类防尘问题也即气固分离问题，最常用的方法就是过滤法。初级过滤往往可以采用重力、离心力等外力场过滤器，如旋风除尘器等；过滤精度要求较高则通常使用烧结金属过滤器和高效空气过滤器（HEPA）等微纳过滤器，电除尘器因为其高效过滤精度高压降小等特点也常常被使用。过滤一般是通过组合使用多级过滤器来实现的，如三级过滤器，预过滤采用筛网，中间过滤级用惯性过滤器，最终过滤器通常使用HEPA过滤器，过滤粒径可达<5 μm，除尘效率高达99%以上^[9]。这些产品在地表试验效果都能达到预期目标，但是针对空间试验却需要进一步验证。

James G M等^[53-54]在NASA的ISRU项目中模拟月球1/6g环境下的过滤器效果，其使用两级旋风除尘器进行预过滤最后经过HEPA过滤器，装置简图如图17所示，结果可去除99.97%气动直径超过0.3 μm的月尘颗粒。

Biswas A等^[55]报告了其合成的TiO₂-SiO₂含水混合溶胶，通过静电纺丝技术制成纤维垫可以作为过滤器滤芯，其纤维平均直径约为250 nm至1550 nm。实验结果表明在流速为4.1 L/min时，对平均粒径为0.29 μm的雾化颗粒有近乎百分百的过滤效率，而压降仅为254 Pa。实验还发现随着平均纤维直径的增加，压降反而减小，这与理论推导的单纤维过滤效果相反，分析可能与多纤维相互作用有关。Phil G等^[56]对比三类纤维过滤器的性能，分别是纺粘织物(纤维直径为40 μm)、非织造熔喷聚氨酯织物(纤维直径为3 μm)和由尼龙6,6组成的电纺纳米纤维网(纤维直径为0.7 μm)，实验结果表明静电纺层没有模拟月尘(<20 μm的极细月尘)穿透，相较下熔喷非织造布层穿透更多，而纺粘布穿透最多。

James R P Ⅲ等^[57]针对火星ISRU装置入口处的防尘开发了一种静电除尘器，如图18所示。其上装有压力传感器、粒子计数器以及质量流量控制器，连接处统一使用O型圈密封。由于电压可达上千伏，为了避免高电压突变对传感器的损害，需要使用GΩ级的大电阻。该装置有配套软件控制，试验除尘率达99.83%。该课题组进一步开发了第二代产品，提高了过滤流量，并将测试部分模块化，提供有三套高压电极以优化尘埃收集效率^[58]。此外，还对尘埃测量部分进行了改进，在现有装置基础上增加了两个尘埃颗粒分析仪，一个激光器和光学传感器，用于测量颗粒大小分布、颗粒形态和收集效率^[59]。

Eimer B和Taylor L^[60]提出了一种新型过滤器，如图19所示，即带有永磁系统的月球空气过滤器(LAF-PMS)，其利用月尘的磁性来达到净化空气的目的。LAF-PMS是一种多级过滤器，由一系列按一定距离排列的永磁铁组成。通过将两块永磁体的相反极彼此靠近，产生一个强大磁场来捕获通过的月尘颗粒。这种方法有望去除粒径大于20 nm的月尘颗粒。通过上下移动塑料隔板，将插入的铁块嵌入到永磁体的间隙中，可以使磁性大幅度减弱，从而实现关闭系统来清除已经收集到的月尘，防止月尘过多堵塞过滤器。由于水是抗磁性物质，所以该方法可以避免水也被吸收。

Hecht M等^[61-62]针对火星原位提取氧气实验(MOXIE)的过滤，在火星气体进入实验装置的入口处放置HEPA过滤器，而在加热器的前后设置烧结金属过滤器。图20为该实验所使用的HEPA过滤器的实物图和其微观电镜照片。通过理论和实验确定了过滤器压降与尘埃量（流速一定）、流速（尘埃量一定）成正相关。由于实验装置在连续流区之外运行，压降随着大气压力的增加而增加，这与地球上HEPA过滤器的压降与大气压力无关的规律不一致。MOXIE已经证明挡板和合适的HEPA过滤器组合使用可以阻挡大部分尘埃，其余的可以在合适尺寸的过滤器上捕获，而不会因堵塞而产生过大的压降。

目前，过滤器的研究集中在研制出高效率低压降的产品，处理大流量过滤问题和过滤器小型化研制，以及研发耐高温烟气过滤器等领域。对于水冰探测此项目，过滤器的小型化显得尤为重要。

密封可以隔绝器件内外间的物质交换，在空间载荷中的使用也是十分普遍的。考虑到月球特殊的物理条件，同时为了防止月壤样品被污染，所以一般不会使用常规的填料密封，而常用O型圈密封、刀口密封、螺旋密封和迷宫密封等。此外，密封件的材料选择也是一个重要考虑点。针对水冰探测仪这样复杂且精密的空间载荷来说，密封应该是无死角全覆盖的，采掘、加热和分析每个环节都需要分别防护，也包括连接的管道。采掘部分的密封为动密封，其余部分都是静密封。

Delgado I R和Handschuh M J^[63]提出了一种带弹簧的聚四氟乙烯密封圈，如图21所示。初步实验结果表明，以20 r/min 旋转速度循环10000次后，密封圈和轴的磨损都很小，且没有观察到模拟月尘颗粒穿过密封-轴界面，其计划后续进行温度影响和更长时间的测试工作。王庆功等^[64]对钻杆动密封也采用了此方法。

范继五等^[65]针对嫦娥五号钻头与套管之间进行间隙密封设计，图22(a)为密封示意图。试验结果表明随密封间隙变小，进入密封界面的月尘量呈增多趋势，钻头扭矩明显增大，且容易发生卡钻，发现单边间隙为0.05 mm时是可行的。Liang J N等^[66]分析得出是由于月尘颗粒卡在密封间隙，导致了钻头阻塞从而增大了钻探阻力。其在原有间隙密封基础上进行了改进，即在取样口再添加一个带护套的空心薄壁密封环进一步隔离月尘的影响，如图22(b)。实验结果表明，使用该密封装置后钻探阻力小且稳定。Zhang W W等^[67]进一步提出了螺旋密封法，如图22(c)，即在钻头内表面设置螺旋槽并在护套外表面设置摩擦界面，月尘将作旋转运动通过螺旋槽排出而不会进入密封间隙。离散元模拟和实验研究表明，采用低螺旋角的螺旋密封法比毛毡密封和聚四氟乙烯密封效果都要好。

Matsumoto K等^[68]对旋转轴的端面密封使用带波纹管的机械密封，如图23（a）所示，通过调节波纹管长度来施加相应的密封力。其对机械密封的密封环（动环）和配合环（静环）的材料进行面对面旋转摩擦测试，发现SiC/SiC材料组合摩擦系数和磨损率较低，故选定该材料组合。在模拟月尘环境下测试密封性能，实验装置如图23（b）所示，通过旋转扭矩评估密封特性，该值越小越好。该密封形式在有月尘的情况下测量的扭矩波动较大，但发现月尘并未进入轴内，推测可能是月尘进入波纹管外表面褶皱区域导致的。为此在波纹管表面加装一个盖子，结果显示扭矩波动值和无月尘环境一样小。采用MoS₂涂覆密封环和配合环表面，同时将密封力降至27 N，则扭矩可降至0.02 N·m，且此时未见较大波动，说明没有月尘进入，这种情况下能够防住月尘也能减小密封面磨损。

一般在容器密封界面采用刀口密封，根据使用材料不同可分为弹性体密封（主要指高分子聚合物，如经常使用的聚四氟乙烯（PTFE））和金属密封。

NASA对阿波罗计划样品容器密封的解决方案是采用铟银合金刀口密封，同时辅助以PTFE垫片和双层O型圈（L608-6氟硅橡胶）密封^[69]。Margaret P P和Paula J D^[69]针对RESOLVE项目建议使用锋利的碳化钨硬质合金刀口，配合O型圈密封（可选金属、氟橡胶（Viton^TM A）、PTFE等）。

Ji M等^[70-71]对样品容器采用金属刀口密封，辅助以橡胶圈密封，原理如图24所示，当密封容器时，刀口进入铟银合金进行密封，橡胶圈同步与容器壁形成径向密封。试验结果表明，样品容器的漏率小于5×10⁻⁹ Pa·m³·s⁻¹。

Zhang B等^[72]针对样品容器采取O型圈密封，并就其性能进行了地面实验，测试了三种橡胶材料（氟橡胶、硅橡胶和丁腈橡胶）在交替温度变化和不同安装条件下的弹性。其考虑泄漏率和压力的平衡，发现O型橡胶圈的压缩率为25%时较为合适。同时发现由于橡胶收缩方向的影响，O型橡胶圈径向安装时泄漏率的变化滞后于轴向安装。最后评估丁腈5080橡胶密封圈轴向安装最为合适。该课题组又考虑了铟银合金刀口密封^[73]，其所需的压紧力较低，适用于低功率工况。制备的铟银合金含有91%的铟和9%的银，机械性能满足要求，测试结果表明室温下漏率为3×10⁻¹⁰ Pa·m³·s⁻¹，这远低于O型橡胶圈密封。后续其还将进行月球环境模拟验证实验。

嫦娥五号样品容器采用了弹性体与金属挤压相结合的密封技术^[74]，实现漏率小于4.5×10⁻⁹ Pa·m³·s⁻¹。

Feargus A J A等^[75]针对欧洲航天局的ISRU项目ProSPA的加热容器密封，测试了全氟醚橡胶（Kalrez^® 7075）作为弹性体刀口密封的使用效果。实验结果表明，在月尘密度为0.90 mg/cm²时，泄漏率控制在1×10⁻⁷ Pa·m³·s⁻¹以下。此外该研究团队还发现采用10 mm的刀口比5 mm密封效果更好。该方法虽然密封效果不及铟金属密封，但是更耐高温比较适合加热器的密封。

Paulo Y等^[76-77]针对NASA火星样品采样返回容器的密封提出使用形状记忆合金（SMA）活塞密封的方法，活塞材料使用镍钛合金，其受热后膨胀实现密封，激活温度范围很广（45−135℃），原理如图25所示。经加热冷却测试实验后，氦检漏仪所测漏率为2×10⁻⁸ Pa·m³·s⁻¹，满足项目要求。此外，该课题组还用有限元方法模拟容器内部温度场^[78]，发现该密封方法可以将温度控制在要求的20℃以下。

综合采取过往经验，提出一种面向水冰探测仪的以过滤与密封相结合的全过程月尘防护方法，如图26所示。在钻取装置处采用螺旋槽结合间隙密封，防止月尘卡死旋转机构。在水冰探测仪加热器和分析仪器间采取逐级过滤的思想，设置三级过滤器，前级为烧结金属过滤器（>20 μm），中间级采用HEPA过滤器（>0.3 μm），最终级采取LAF-PMS（>20 nm）。为防止空间中的弥漫月尘进入，仪器可设置金属刀口密封为主密封，辅助以橡胶圈密封，在各连接管道处采用双层O型圈密封。在直通月球空间的开口处采用HEPA过滤器和迷宫密封形式。

嫦娥三号探测到的月尘一个月球日沉积量约为0.83 mg/cm^2[79]，也即12.66 mg/(m²·h)，根据Hecht M等^[61-62]得出的尘埃累积量与面流速成正比的规律，可估计分析部分出口处的面流速约为4.73 m/s。ReissP等^[80]模拟实验表明，水冰在300℃以下就可检测到，采用的加热容器为圆柱体（可用容积为直径12 mm×高度18 mm），加热模式采取6℃/min步进升温。此时通过理论计算，加热后气体的面流速约为0.175 m/s。

国家标准[81]规定，最低等级35的HEPA过滤器处理平均粒径0.3 μm的微粒的效率不低于99.95%，而处理风量可高达4000 m³/h，折算为面流速为9829 m/s，远远高于设计流速。实际上会采用相应较小尺寸的过滤器，未来还需进行小型化适配工作。根据历次阿波罗任务采集的月壤数据^[4,82-83]和嫦娥五号采集的月壤数据^[84]，粒径在0.3 μm以下的月尘分别约占比重5%~14%和小于10%，保守估计通过前两级除尘效率可达86%以上。而通过多级LAF-PMS可实现百分百过滤20 nm以上的月尘，此时过滤的月尘已占到99%以上。HEPA过滤器采用PTFE材料是强疏水性，由于水的抗磁性，LAF-PMS对水分子的检测影响很小。此外，本方案月尘防护装置不需要能源供应，可满足载荷的可靠性要求。综上所述，本方案是合理且有效的。

此外，为了配合水冰探测仪的正常使用，还需规划飞跃器的着陆过程，使由羽流造成的月尘影响降至最低。

从技术难度、装置复杂/可靠性、代价、寿命、除尘效率、不利因素、实用性等方面对本文所涉及的各种防护技术做出比较分析，总结内容详见表1，如下。

从表1可看到，诸多技术已经很成熟了，但是各有优缺点，因此适用的场合也不一样，就水冰探测项目的实现来看，本文提出的方案具有很强的针对性，与其他技术相比具有质量轻、能耗低、效率高等显著优势。

介绍了月尘的锋利、细微和带静电等特性以及所带来的不可忽视的危害，月尘防护研究因而方兴未艾。本文综述了几乎覆盖整个月球探测过程中所使用的防尘技术，包括以电磁技术为主的主动防护技术和以表面改性为主的被动防护技术。针对水冰探测所提出的新课题又重点聚焦其可能应用的防尘手段，即过滤和密封。最后提出了一个全流程水冰探测仪的月尘防护解决方案，预计总体月尘防护效率可高达99%以上，这将保障项目的顺利实施，为探索月球水冰奥秘、进一步利用月球建设可驻基地和进行ISRU项目具有重要意义。