空间低温制冷技术的应用与发展
时间：2020-12-14 12:02:01 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】文章从空间低温制冷技术的应用出发，总结和归纳了目前应用现状，并且对于技术发展和进步提出了意见和建议，希望可以为空间低温制冷技术的全面发展提供参考。
【关键词】空间低温制冷技术 技术应用 技术发展
空间技术的发展，是一个国家综合科技能力的组成部分，也是一个国家国际竞争力的关键环节。在我国空间技术快速发展的过程中，空间制冷技术得以大幅度提升，成为我国空间领域探索的关键技术。因此，我们有必要积极去探析空间低温制冷技术的应用和发展。
一.空间低温制冷技术的概况
1.1空间低温制冷技术的含义
由于卫星，飞船等航天器有时候需要在低温条件下工作，为了使得制冷设备与被制冷对象之间的耦合性处于理想状态，就需要比较理想的空间低温制冷技术。具体来讲，其主要表现为：低温探测器，超导器件，低温电子学设备等。
1.2空间低温制冷技术发展的切入点
随着空间技术的快速发展，各种遥感仪器被被使用到航天器上，无论是红外探测器，还是射线探测器，乃至是超导量子探测器，都是比较先进的空间仪器设备。从理论上来讲，宇宙环境特点表现为高真空，超低温，而上述设备的低温光学系统温度远远高于环境温度，在这样的情况下，区域的目标信号就有可能被干扰，使得探测工作质量下降。为了解决这样的问题，空间低温制冷技术就因运而生，最大限度的降低光遥感系统温度，使得本身的热噪音，热干扰处于理想状态，从而实现探测精度和进度的提高，这是目前空间低温制冷技术研发的出发点和落脚点。
1.3空间低温制冷技术的要求
从理论上来讲，探测器的噪声来源于载流子热运动过程中产生的噪声和辐射噪声，积极采取措施去降低探测器和光学系统的温度，可以实现噪声的降低，使得探测器处于理想的工作状态。由于一般探测器的波长比较长，制冷温度应该控制在较低状态。如使用与对地遥感的红外探测器，其工作温度应该处于液氮的温度区域，才能够获得最佳的探测效果。从这个角度来讲，空间低温制冷系统将会对于设备的结构布局和功能产生影响，需要在达成目的的基础上，进行优化设计，以保证探测器设备工作状态的稳定和安全。具体来讲，空间低温制冷技术需要满足以下几方面要求：其一，保证制冷系统的温度，功率，体积，质量和功耗处于合理范围内部；其二，保证其具备较强的环境适应能力；其三，保证具备三年以上的工作寿命，并且处于免维修状态；其四，保证运作质量较高，不会产生过大的振动，噪音和电磁；其五，保证工作状态良好，适应于空间微重力；其六，保证能够满足航天器的工作模式需求。
二，空间低温制冷技术的应用现状
空间低温制冷技术的研发，一直都是我国航空事业的重点，在空间制冷技术发展的四十年间，取得了可喜的成绩，航天工程体系不断完善，如空间辐射制冷器，斯特林制冷器，脉冲管制冷机，固体制冷器，逆布雷顿制冷机等都相继出现；现阶段，已经有十多台辐射制冷器被成功的使用到气象卫星上，处于运作状态，成为我国航空事业的主要制冷方式；空间斯特林制冷机和脉管制冷机性能也不断完善，也在试验性卫星上进行了尝试和探索，其工作寿命和可靠性也大大提高，已经转向于工程应用环节；脉冲管制冷机正处于研发状态，中科院理化的双级脉冲管制冷机，可以将最低制冷温度肩带16.1k；逆布雷顿制冷技术也处于不断探索和研发的过程中。
三，空间低温制冷技术的发展前景
现阶段，运用于航天器上的低温制冷设备主要有以下几种：其一，辐射制冷器；其二，固体制冷器；其三，超流氦杜瓦；其四，机械制冷机；其五，吸附式制冷机；其六，He-4He稀释制冷机；其七，绝热去磁制冷机。下面我们以前三者的性能发挥和缺陷的角度出发，探析其未来发展前景。
3.1辐射制冷器
利用宇宙的冷黑背景，去实现被动降温的制冷装置。其主要优点在于部件无运动，使用期限比较长，可靠性比较高，功耗比较小，没有噪音，对于空间红外遥感有着很好的适应性。但是，其缺点就在于对于航天器轨道，飞行姿态和安装位置有了过多的限制，使得地面试验难度加大，因此，应用范围比较下载。在未来空间低温技术发展的过程中，辐射制冷器能否再次发挥重要作用，就在于：改善和调整辐射交换的面型结构，视场的扩大，使得地球辐射和阳光辐射处于较低状态，使得过程中的耦合热损降低，实现制冷量的提高。
3.2固体制冷器
固体制冷剂的升华作用，产生冷源，已达到比较好的制冷效果。其主要优势在于不需要额外消耗航天器的能源，没有振动反应，结构简单，不会受到轨道的局限。一般情况下，使用的制冷剂有氮、氢、氩、氖等。当然，其也存在部分缺陷和不足：固体制冷器的工作寿命取决于制冷剂的数量，有着较大的局限性，并且在运作的过程中，会因为自身质量变化出现卫星质心变化，使得航天器处于不易控制的状态，使得其应用前景受到局限。专家学者应该积极针对于这些方面开展研究，以保证固体制冷器处于更好的应用状态。
3.3超流氦制冷器
利用超流氦的热机效应，以探测器为对象，实现低温冷却的系统，其冷源来自于液态到气态的相变潜热。其优势在于：能够富于与多种探测系统，运行时间长，能够经受住恶劣的发射力学环境考验，在航天器姿态控制方面能够发挥积极作用。其未来发展方向在于：将辐射制冷技术和机械制冷技术纳入系统各种，以便营造良好的轨道空间环境，实现蒸发速率的降低，实现工作寿命的提升。
3.4其他制冷技术
对于机械制冷技术来讲，其发展方向应该在于实现制冷效率和可靠性的提高，控制污染，降低振动和干扰，发挥散热效果，保证系统的可靠性；对于吸附制冷技术来讲，其发展方向在于实现工作时间的提升，保证连续提供冷量；对于绝热去磁制冷技术来讲，应该将主要精力放在1000以上的热开关研发上；对于氦稀释制冷技术，应该将精力放在容器体积的扩大，工作寿命的提升上。
四，结束语
综上所述，空间低温制冷技术的应用现状还是比较理想的，发展前景也是很乐观的，我们应该积极发扬艰苦奋斗的钻研精神，实现空间低温制冷技术的创新，以满足我国空间事业的发展需求。
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