隨著人類空間技術(shù)的發(fā)展，各種航天器擔(dān)負著探測研究天體和地球的任務(wù)?？臻g低溫制冷技術(shù)主要是為衛(wèi)星、飛船等航天器提供所需的低溫條件技術(shù),及其制冷設(shè)備長期穩(wěn)定工作的控制技術(shù)和制冷設(shè)備與被冷卻對象之間耦合技術(shù)。低溫制冷系統(tǒng)作為對地遙感衛(wèi)星和深空探測航天器*的重要組成部分，必須加大開發(fā)力度，以滿足航天技術(shù)發(fā)展的急需。
一、對空間低溫制冷技術(shù)的要求
探測器的噪聲源主要有載流子熱運動引起的熱噪聲、復(fù)合噪聲和背景輻射噪聲，降低探測器及其光學(xué)系統(tǒng)的溫度可以有效地降低探測器的熱噪聲和背景輻射噪聲，提高探測器的精度和靈敏度。一般來說探測器的波長越長，需要的制冷溫度就越低。用于對地遙感的紅外探測器，其工作溫度在液氮溫區(qū)就可取得較為滿意的探測效果。而應(yīng)用于宇宙背景探測、空間紅外觀測、毫米波亞毫米波探測、相對量測量以及空間磁場測量等深空探測和天文觀測的*，其探測器和光學(xué)系統(tǒng)必須工作在液氫或液氦溫區(qū)，有時甚至要工作在幾十毫開的極低溫區(qū)，才能降低探測器背景噪聲和輻射干擾，獲取分辨率較高的探測精度。此外采用量子超導(dǎo)干涉器件（SQUID）的高精度探測器也需要工作在1～8 K 這樣極低的溫度下?？臻g低溫制冷系統(tǒng)對航天器或有效載荷設(shè)備的結(jié)構(gòu)布局、功能有著重要的影響，它需要根據(jù)航天器的使命進行特殊的設(shè)計，以確保深空探測器有關(guān)的設(shè)備能夠工作在合適的溫度范圍內(nèi)。在進行低溫制冷系統(tǒng)設(shè)計時除了考慮制冷系統(tǒng)的制冷溫度、制冷功率、體積、質(zhì)量、功耗等以外，還應(yīng)滿足以下條件的約束：①航天器從發(fā)射到完成任務(wù)所經(jīng)歷的力學(xué)環(huán)境和熱真空環(huán)境，具有較強的環(huán)境適應(yīng)能力；②3年以上的工作壽命和空間長期免維護可靠性的工作要求；③自身產(chǎn)生的振動、噪聲和電磁干擾??；④空間微重力工作狀態(tài)；⑤適應(yīng)航天器工作模式的要求。
二、空間低溫制冷技術(shù)的發(fā)展
空間低溫制冷機大金*空調(diào)根據(jù)工作方式可分為主動式熱泵循環(huán)和被動式制冷這兩種工作方式。通過制冷機做功把熱量從低溫端向高溫端輸運，并在冷溫空間中排放，以獲得有效的制冷量的方式稱為主動式熱泵循環(huán)制冷系統(tǒng)。通過輻射換熱或者存貯的低溫制冷劑的相變換熱，為被冷卻對象提供有效冷源的方式稱為被動式制冷。目前，適應(yīng)航天器應(yīng)用的低溫制冷設(shè)備主要有輻射制冷器、固體制冷器、超流氦杜瓦、機械制冷機，以及吸附式制冷機、3He-4He稀釋制冷機和絕熱去磁制冷機等。
自1966年在美國獲得成功應(yīng)用后，已先后開發(fā)成功了適合不同軌道的多種的類型輻射制冷器，制冷溫度由200K降低到80K，制冷量從幾毫瓦提高數(shù)百毫瓦級。
隨著磁制冷技術(shù)的迅速發(fā)展，其研究工作也逐步從低溫向高溫發(fā)展。1976年，美國NASALewis和G.V.Brown首先采用金屬Gd為磁制冷介質(zhì)，采用Stiring循環(huán)，在7T磁場下進行了室溫磁制冷試驗，開創(chuàng)了室溫磁制冷的新紀(jì)元。1996年12月宇航公司的工程師CarlZimm研制的室溫磁制冷樣機取得了突破性進展。他們采用了3kg稀上金屬作為磁工質(zhì)，以水（加防凍劑）作為傳熱介質(zhì)，以NbTi超導(dǎo)磁體產(chǎn)生磁化場，建立了一套室溫的磁制冷樣機（原理機）系統(tǒng)。該機設(shè)計較為，在磁制冷循環(huán)過程中能量損失很小，制冷效率很高（實際效率可達卡諾循環(huán)的30%）。
三、我國空間低溫制冷技術(shù)的現(xiàn)狀
我國的空間制冷技術(shù)經(jīng)過40多年的發(fā)展，已研制成功了空間輻射制冷器、斯特林制冷機、脈沖管制冷機、固體制冷器、逆布雷頓制冷機等多種制冷設(shè)備，取得了一系列重要成就，建立了完整的航天工程體系。目前輻射制冷器依然是我國實用型遙感衛(wèi)星的主要制冷方式。
如群壇空調(diào)網(wǎng)在逆布雷頓制冷技術(shù)研究方面也進行了探索；在深低溫機械制冷技術(shù)研究方面，浙江大學(xué)和中科院理化所采用多級脈管制冷機正在進行探索。中科院理化所研制的雙級脈管制冷機，zui低制冷溫度已經(jīng)達到16.1 K，在20 K 可以提供80mW 制冷量,輸入功率200W。浙江大學(xué)研制的斯特林型兩級脈管制冷機zui低制冷溫度達到14.2 K。然而，在空間極低溫制冷溫區(qū)，我國還處于一片空白。
四、空間低溫制冷技術(shù)的發(fā)展趨勢及對其發(fā)展的建議
從國外航天技術(shù)發(fā)展來看，由于空間宇宙背景的“冷黑”條件，為了實現(xiàn)有效觀測與探測，均把低溫制冷技術(shù)作為關(guān)鍵的一項技術(shù)進行開發(fā)。從制冷技術(shù)的發(fā)展來看，從早期以被動制冷方式為主，逐步向多級機械制冷機為主的主動式制冷方式轉(zhuǎn)化；從單一的制冷方法向多種制冷方法復(fù)合制冷方式轉(zhuǎn)變［8］。在極低溫區(qū)從開式制冷向長壽命的閉式循環(huán)制冷方式轉(zhuǎn)化；從間斷工作向連續(xù)工作方式轉(zhuǎn)化。在空間低溫技術(shù)研究方面，我國與*技術(shù)的差距很大。隨著我國空間技術(shù)的發(fā)展，為低溫科技工作者帶來機遇與挑戰(zhàn)，不僅要為航天器提供滿足工作溫度要求的可靠冷源，還要掌握低溫制冷系統(tǒng)的空間應(yīng)用與熱集成技術(shù)，有效地解決制冷設(shè)備的安裝與散熱、與冷焦面耦合技術(shù)、電磁兼容性、工作模式和系統(tǒng)控制等問題。根據(jù)不同的冷卻對象和要求，進行系統(tǒng)綜合設(shè)計，滿足各類長壽命航天器空間應(yīng)用要求。同時應(yīng)開展相關(guān)技術(shù)的研究工作，包括深低溫制冷技術(shù)、被動熱控制技術(shù)、低溫傳熱技術(shù)、絕熱技術(shù)、低溫測試技術(shù)、低溫過程材料等。在空間超流氦制冷技術(shù)研究方面，應(yīng)加大投入，進行系統(tǒng)研究，綜合考慮空間應(yīng)用的特殊因素，提出總體技術(shù)方案和實施途徑，并加以實施。在現(xiàn)有機械制冷技術(shù)基礎(chǔ)上，及時啟動空間多級機械制冷技術(shù)研究工作，以滿足未來深空探測技術(shù)的需求，為其空間應(yīng)用做好技術(shù)貯備。
