空間深空探測低溫制冷技術(shù)的發(fā)展

朱建炳

（蘭州物理研究所 真空低溫技術(shù)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730000）

1 引言

空間深空探測是以航天器、空間站或其它行星為平臺(tái),對(duì)地球以外的宇宙天體以及遠(yuǎn)離地球的空間進(jìn)行探測的活動(dòng),包括進(jìn)入深空的探測活動(dòng)和在太空對(duì)深空進(jìn)行的探測活動(dòng)。由于受航天技術(shù)發(fā)展水平的制約,目前,人類深空探測活動(dòng)的主要對(duì)象是月球,利用空間探測器也只能對(duì)火星、金星、木星等少數(shù)天體進(jìn)行探測,更多時(shí)候則是利用各種天文衛(wèi)星或空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)廣袤宇宙空間進(jìn)行觀測。

在地面對(duì)宇宙太空進(jìn)行觀測,必須透過厚厚的大氣層。受大氣組分的影響,觀測只能在幾個(gè)電磁波段內(nèi)進(jìn)行,并且還會(huì)受到大氣和塵埃粒子等因素的干擾。隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展,為空間深空探測和天文觀測提供了必要的手段。人們可以通過衛(wèi)星或空間望遠(yuǎn)鏡收集各種宇宙輻射,對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析、研究,從而獲得人類感興趣的信息。空間深空探測的特點(diǎn)就是穿過地球大氣層,實(shí)現(xiàn)對(duì)天體全電磁波段的探測。這是人類進(jìn)一步了解宇宙,探索地球與生命的起源和演化,獲取更多科學(xué)認(rèn)識(shí)的重要手段,也有利于開發(fā)和利用空間資源,服務(wù)于人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

2 對(duì)低溫制冷技術(shù)的要求

2.1 制冷溫度

眾所周知,宇宙是個(gè)高真空、極低溫（約為3K）的環(huán)境。要對(duì)處于深冷宇宙空間天體物質(zhì)進(jìn)行觀測,提高探測器的靈敏度和整個(gè)系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性,要求接收此信息的空間望遠(yuǎn)鏡和儀器設(shè)備必須保持極低的溫度。一般來說,探測器的波長越長,需要的制冷溫度越低。天文望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)溫度與宇宙輻射背景之間的關(guān)系[1]如圖1所示。從圖中可以看出,對(duì)于遠(yuǎn)紅外和亞毫米波長望遠(yuǎn)鏡,其光學(xué)系統(tǒng)溫度需要降低到幾十開爾文以下,而用作探測器的微熱量計(jì)和輻射測熱儀須達(dá)到mK級(jí),才能獲得較高的探測精度。采用超導(dǎo)量子干涉器件（Superconducting Quantum Interference Device）的高精度探測器也要工作在1～8K的極低溫度下。

圖1 天文望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)溫度與宇宙輻射背景之間的關(guān)系

2.2 制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空間低溫制冷系統(tǒng)對(duì)航天器及其有效載荷設(shè)備的結(jié)構(gòu)布局和功能有重要影響,它需要根據(jù)航天器的使命進(jìn)行有針對(duì)性的特殊設(shè)計(jì),以確保探測器有關(guān)設(shè)備能夠工作在合適的溫度范圍。在進(jìn)行低溫制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),除了要考慮制冷系統(tǒng)的制冷溫度、制冷功率、質(zhì)量和功耗等指標(biāo)外,還應(yīng)滿足以下約束條件:

1）航天器從發(fā)射到任務(wù)完成要經(jīng)歷力學(xué)環(huán)境和熱真空環(huán)境,所以要求制冷系統(tǒng)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力;

2）3 年以上工作壽命和長期免維護(hù)、且工作可靠;

3）結(jié)構(gòu)緊湊,布局合理,具有良好的絕熱性能,冷量損失最少;

4）適應(yīng)空間微重力的工作狀態(tài);

5）適應(yīng)航天器各種工作模式要求。

3 空間深低溫制冷技術(shù)

深低溫制冷技術(shù)一般是指制冷溫度在20K以下溫區(qū)的制冷技術(shù),制冷溫度低于1K稱為極低溫制冷技術(shù)。適合空間應(yīng)用的深低溫制冷機(jī)主要包括超流氦杜瓦、多級(jí)機(jī)械制冷機(jī)、吸附式制冷機(jī)、絕熱去磁制冷機(jī)和3He-4He稀釋制冷機(jī)等。

3.1 超流氦制冷技術(shù)

超流氦制冷技術(shù)是利用超流氦的“熱機(jī)效應(yīng)”對(duì)探測器進(jìn)行2.1K以下溫區(qū)冷卻,制冷量主要來源于從液態(tài)到氣態(tài)的相變潛熱,可直接服務(wù)于許多探測系統(tǒng),也可以作為更低溫度的制冷系統(tǒng)的支撐平臺(tái)。

空間超流氦制冷系統(tǒng)包括超流氦存儲(chǔ)杜瓦與探測器的熱耦合組件以及長期運(yùn)行的管理組件。整個(gè)制冷系統(tǒng)必須能夠承受衛(wèi)星發(fā)射時(shí)造成的力學(xué)環(huán)境影響,同時(shí)滿足極高的絕熱和密封要求。在空間微重力條件下,需要采用多孔塞相分離器實(shí)現(xiàn)氣液兩相分離。通過在杜瓦內(nèi)部增加擋板解決杜瓦內(nèi)部液體晃動(dòng)對(duì)航天器姿態(tài)控制的影響。系統(tǒng)還必須能夠經(jīng)受長期空間的低溫、輻射等惡劣環(huán)境的考驗(yàn)。

空間超流氦制冷技術(shù)的發(fā)展方向是與輻射制冷或機(jī)械制冷技術(shù)結(jié)合,利用航天器軌道空間優(yōu)良的熱環(huán)境,降低超流氦的蒸發(fā)速率,從而延長航天器的工作壽命。美國BALL公司為斯匹策空間望遠(yuǎn)鏡研制的超流氦杜瓦的主要作用是把探測器冷卻至1.4K,同時(shí)采用蒸發(fā)的冷氦氣將光學(xué)系統(tǒng)冷卻至5.5K,制冷量達(dá)6mW[2]。該制冷系統(tǒng)就是利用輻射制冷將超流氦杜瓦外殼冷卻至40K以下,用360L的超流氦可以滿足5年工作壽命要求。

3.2 多級(jí)機(jī)械制冷技術(shù)

機(jī)械制冷技術(shù)是近幾年空間制冷技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。目前,已獲得成功應(yīng)用的長壽命機(jī)械制冷機(jī)有40多臺(tái),已經(jīng)從冷卻紅外探測器擴(kuò)展到冷卻高靈敏度低溫探測器與低溫光學(xué)系統(tǒng),為儲(chǔ)存式制冷器提供冷屏,實(shí)現(xiàn)空間低溫液體零蒸發(fā)儲(chǔ)存（Zero Boil-Off）等。機(jī)械制冷機(jī)制成兩級(jí)可以達(dá)到20K溫區(qū),三級(jí)或兩級(jí)制冷加J-T制冷可以達(dá)到液氦溫區(qū)。

在多級(jí)機(jī)械制冷技術(shù)的研究方面,美國位于世界前列。為了滿足深空探測需求,2001年,NASA啟動(dòng)了高級(jí)低溫制冷機(jī)開發(fā)計(jì)劃（Advanced Cryocooler Technology Development Program,ACTDP）[3]。在該計(jì)劃的支持下,洛克希德?馬丁公司成功研制四級(jí)脈管制冷機(jī),最低制冷溫度達(dá)到3.83K,溫度在6K時(shí),可提供50mW的制冷量;溫度在18K時(shí),可提供150mW的制冷量,功耗為725W,質(zhì)量為21kg。NGST公司研制成功了三級(jí)脈管預(yù)冷的J-T制冷器復(fù)合制冷系統(tǒng),采用J-T制冷器可以遠(yuǎn)距離為冷卻對(duì)象提供6K冷源,制冷量為70mW;三級(jí)脈沖管制冷機(jī)在10K溫度條件下可提供200mW的制冷量,功耗為300W。BALL宇航技術(shù)公司采用三級(jí)斯特林制冷機(jī)與J-T制冷器復(fù)合技術(shù)方案,也可以遠(yuǎn)距離為冷卻對(duì)象提供6K/70mW的冷源;三級(jí)斯特林制冷機(jī)在15K溫度條件下可提供250mW的制冷量,功耗為150W。

日本在多級(jí)斯特林制冷機(jī)研究方面也取得了顯著的成績。三菱重工研制的雙級(jí)斯特林制冷機(jī)在20K溫度條件下可提供200mW的制冷量,功耗為80W,質(zhì)量為9.5kg。該制冷機(jī)經(jīng)改進(jìn)后,用來預(yù)冷以4He為工質(zhì)的J-T制冷器,在4.5K溫度條件下可以提供50mW制冷量,功耗為145W,質(zhì)量為23kg。采用該制冷機(jī)預(yù)冷以3He為工質(zhì)的J-T節(jié)流制冷器,在1.7K溫度條件下可以提供16mW制冷量,質(zhì)量為25kg,功耗為180W。

機(jī)械制冷技術(shù)的發(fā)展方向是進(jìn)一步提高制冷效率和可靠性,通過污染控制延長工作壽命;采用與J-T制冷器耦合實(shí)現(xiàn)與被冷卻對(duì)象的遠(yuǎn)距離冷卻,降低冷頭振動(dòng)和電磁干擾的影響;開發(fā)一臺(tái)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)多冷頭的新技術(shù)方案,以滿足系統(tǒng)多點(diǎn)冷卻需求。

3.3 吸附式制冷技術(shù)

吸附式制冷技術(shù)是利用吸附床加熱解析獲得高壓氣體,冷卻吸附進(jìn)行低壓抽氣的制冷方式,一般與J-T節(jié)流閥結(jié)合實(shí)現(xiàn)制冷。其特點(diǎn)是工作壽命長,無運(yùn)動(dòng)部件,不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),可靠性較高。吸附式制冷機(jī)的工作溫度取決于工質(zhì)氣體種類,吸附式壓縮機(jī)可遠(yuǎn)離冷端,放置在航天器平臺(tái)上。

美國JPL實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)為普朗克空間探測器成功開發(fā)了溫度為20K的氫吸附低溫制冷機(jī),壓縮機(jī)由6組金屬氫化物吸附床和低壓氣體儲(chǔ)存器組成,每個(gè)吸附床都通過氣隙式熱開關(guān)控制與輻射散熱器的熱導(dǎo)通與斷開。當(dāng)吸附床加熱到450K時(shí),氫氣從吸附床脫附產(chǎn)生高壓氫氣,通過逆流換熱器冷卻至60K后,在J-T節(jié)流制冷器中膨脹冷卻至18K,并提供冷量。液體和氣體的混合氫在制冷腔吸熱后,再通過逆流換熱器升溫至270K,在吸附床中被吸附,完成制冷循環(huán)。該吸附式制冷機(jī)在20K可提供1W制冷量,總功耗達(dá)370W,采用分組工作方式,可以連續(xù)提供冷量。

采用活性炭或分子篩對(duì)3He吸附減壓可以獲得300mK以下制冷溫度。英國盧瑟福實(shí)驗(yàn)室（Rutherford Appleton Laboratory）為赫謝爾空間望遠(yuǎn)鏡成功研制了3He吸附式制冷機(jī)[4],如圖2所示。在超流氦熱沉溫度為1.5K,制冷機(jī)在290mK時(shí),可以獲得10μ W制冷量;制冷機(jī)工作中產(chǎn)生的吸附熱通過熱開關(guān)控制傳導(dǎo)到超流氦熱沉中,采用間斷工作方式,工作時(shí)間可達(dá)70h。

圖2 赫謝爾吸附式制冷機(jī)

3.4 絕熱去磁制冷技術(shù)

圖3 4級(jí)CADR制冷機(jī)

絕熱去磁制冷機(jī)是利用順磁鹽的磁致熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷,它由順磁鹽、高性能磁體和熱開關(guān)組成。當(dāng)對(duì)順磁鹽進(jìn)行絕熱去磁時(shí),磁熵降低對(duì)外吸熱,可以產(chǎn)生50～100mK低溫。絕熱去磁制冷機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單,工作效率高,無運(yùn)動(dòng)部件;其缺點(diǎn)是質(zhì)量較大,強(qiáng)磁場會(huì)產(chǎn)生較大的電磁干擾,通常需要采用液氦或其它冷卻方式為其提供幾開爾文的低溫?zé)嵩础Ｃ绹呀?jīng)為日本ASTRO-E衛(wèi)星高分辨率X射線光譜計(jì)研制成功了質(zhì)量為15kg的絕熱去磁制冷機(jī),采用1.3K超流氦作為熱沉,在60mK可以提供0.3μ W制冷量。

目前,美國NASA正在開發(fā)可連續(xù)工作的多級(jí)絕熱去磁制冷機(jī)（Continuous Adiabatic Demagnetization Refrigerator,CADR）,通過熱開關(guān)控制幾臺(tái)絕熱去磁制冷機(jī)順序工作,可獲得連續(xù)制冷量。圖3是美國GSFC研制的4級(jí)CADR制冷機(jī),當(dāng)熱沉溫度為4.2K時(shí),在50mK可以提供6μ W制冷量,制冷機(jī)質(zhì)量為8kg[5]。日本為Astro-H衛(wèi)星高

分辨率X射線光譜計(jì)采用兩級(jí)斯特林制冷機(jī)預(yù)冷,以3He為工質(zhì)的J-T制冷器為CADR制冷機(jī)提供1.8K的熱沉,研制成功了兩級(jí)絕熱去磁制冷機(jī)[6],在50mK可以提供0.4μ W制冷量,制冷機(jī)質(zhì)量為8kg。

絕熱去磁制冷技術(shù)發(fā)展方向是:開發(fā)開關(guān)比在1 000以上的高可靠熱開關(guān);能夠傳導(dǎo)大電流的高溫超導(dǎo)電纜研制;可靠的順磁鹽容器的懸掛系統(tǒng)和足夠的持續(xù)時(shí)間;解決強(qiáng)磁場電磁干擾問題,進(jìn)一步降低工作溫度。

3.5 氦稀釋制冷技術(shù)

氦稀釋制冷技術(shù)是利用3He-4He溶液特性進(jìn)行制冷,在3He-4He混合室中,當(dāng)3He原子從濃縮相進(jìn)入超流的4He中時(shí),產(chǎn)生吸熱效應(yīng)而制冷。氦稀釋制冷機(jī)的制冷溫度可達(dá)100mK以下,制冷量可達(dá)100μ W;與其它極低溫制冷機(jī)相比,可以連續(xù)工作,具有可靠性高,操作簡單,無振動(dòng)和電磁干擾,工作性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。3He-4He稀釋制冷機(jī)如圖4所示。

圖4 3He-4He稀釋制冷機(jī)

氦稀釋制冷機(jī)已經(jīng)在普朗克空間探測器中獲得成功應(yīng)用,如高頻儀器（High Frequency Instrument）測熱輻射計(jì)探測器采用3He-4He稀釋制冷機(jī)將其冷卻至0.1K[7]。它由3個(gè)4He和1個(gè)3He高壓儲(chǔ)瓶以及控制管路組成。高壓氣體通過輻射制冷和J-T制冷器冷卻至4.5K后被液化,再通過一個(gè)以3He為工質(zhì)的J-T制冷器預(yù)冷至1.8K,3He與4He液體在HFI焦平面混合室內(nèi)進(jìn)行稀釋降溫,使焦平面冷卻至0.1K,制冷量為100nW,工作壽命為1年。

開式氦稀釋制冷系統(tǒng)工作壽命有限,國外學(xué)者正在采用改性活性炭作為3He吸附泵,吸附的3He經(jīng)過冷凝液化后再返回混合室,構(gòu)成一個(gè)閉式制冷系統(tǒng),從而延長其工作壽命。法國已經(jīng)研制成功1臺(tái)閉循環(huán)氦稀釋制冷機(jī),該制冷機(jī)采用1臺(tái)3He循環(huán)泵和3He相分離器,實(shí)現(xiàn)了最低制冷溫度39mK,在100mK有1μ W的制冷量[8]。

4 低溫制冷技術(shù)在深空探測中的典型應(yīng)用

歐空局研制的普朗克探測器（Planck Mission）已經(jīng)于2009年5月發(fā)射成功,主要用于探測整個(gè)宇宙微波輻射背景[9]。普朗克制冷系統(tǒng)如圖5所示。衛(wèi)星運(yùn)行于拉格朗日L2軌道,通過V型輻射制冷器冷卻至50K,工作壽命為2年。有效載荷由1個(gè)長約1.5m的離軸望遠(yuǎn)鏡和2個(gè)共焦面的微波輻射探測儀組成,其低頻儀器探測器通過JPL研制的氫吸附式制冷機(jī)冷卻至20K;高頻儀器探測器陣列先由氫吸附式制冷機(jī)預(yù)冷至18K,通過英國盧瑟福實(shí)驗(yàn)室的J-T制冷器冷卻至4K,再通過法液空公司研制的氦稀釋制冷機(jī)將其冷卻至0.1K,整個(gè)制冷系統(tǒng)功耗為426W。這是人類首次采用非液氦預(yù)冷的全主動(dòng)制冷系統(tǒng)在空間獲得mK級(jí)制冷溫度。

圖5 普朗克制冷系統(tǒng)

日本與NASA正在合作研制新型X射線探測望遠(yuǎn)鏡（New Exploration X-ray Telescope,NEXT）,主要用于研究銀河系中巨型黑洞演變過程,追溯宇宙結(jié)構(gòu)形成歷史,計(jì)劃將于2013年發(fā)射[10]。其軟X射線分光計(jì)（Soft X-ray Spectrometer）探測器制冷方案如圖6所示。X射線分光計(jì)直接安裝在36L超流氦杜瓦內(nèi),通過兩級(jí)絕熱去磁制冷機(jī)將其冷卻至50mK。為了滿足3～5年的工作壽命要求,設(shè)計(jì)采用2套兩級(jí)斯特林制冷機(jī)與J-T制冷器復(fù)合制冷系統(tǒng)作為絕熱去磁制冷機(jī)的低溫?zé)岢羵浞荨．?dāng)杜瓦中超流氦耗盡時(shí),可以通過氣隙式熱開關(guān)控制復(fù)合制冷系統(tǒng)作為絕熱去磁制冷機(jī)的熱沉。另外2套20K兩級(jí)斯特林制冷機(jī)為超流氦杜瓦提供冷屏蔽。制冷系統(tǒng)總質(zhì)量為250kg,功耗達(dá)290W。

圖6 軟X射線分光計(jì)探測器制冷方案

美國和加拿大正在合作研制的詹姆斯?韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope,JWST）是一臺(tái)大型低溫紅外望遠(yuǎn)鏡,JWST的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。該望遠(yuǎn)鏡由18塊六邊形鈹鏡拼接而成,主鏡直徑達(dá)6.5m,主要用于探索銀河系、恒星和行星系的形成和演變過程,計(jì)劃于2014年發(fā)射[11]。為了充分利用第二拉格朗日點(diǎn)軌道優(yōu)良的熱環(huán)境,設(shè)計(jì)采用一個(gè)大型可展開輻射散熱屏能將整個(gè)望遠(yuǎn)鏡和光學(xué)系統(tǒng)冷卻至35K以下。其中紅外儀器光學(xué)系統(tǒng)擬采用NGST公司的三級(jí)脈管制冷機(jī)與J-T制冷器復(fù)合制冷方法實(shí)現(xiàn)冷卻,通過三級(jí)脈管制冷機(jī)將J-T制冷器工質(zhì)預(yù)冷至18K,再通過J-T制冷器將探測器光學(xué)系統(tǒng)冷卻至6.7K[12]。整個(gè)制冷系統(tǒng)功耗達(dá)400W,質(zhì)量為79kg。脈管制冷機(jī)和J-T制冷壓縮機(jī)均被安裝在航天器平臺(tái)上,遠(yuǎn)離制冷機(jī)冷頭11m,J-T制冷器的柔性連管穿過了溫差較大的3個(gè)區(qū)域,具有很高的技術(shù)挑戰(zhàn)性。

圖7 JWST的結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 Con-X制冷系統(tǒng)

美國NASA正在開發(fā)的X-星座（Constellation-X）計(jì)劃,是目前僅次于JWST的X射線天文物理研究項(xiàng)目,由4臺(tái)X射線望遠(yuǎn)鏡組成。主要用于探索銀河系的組成、宇宙的大尺度演化、物質(zhì)和能量的循環(huán)、暗物質(zhì)的特性等,計(jì)劃將于2018年6月發(fā)射[13]。其有效載荷中的X射線微熱量光譜計(jì)（X-ray Microcalorimeter Spectrometer）采用高分辨率超導(dǎo)量子躍遷探測器,其制冷方案如圖8所示。X射線微熱量計(jì)和制冷系統(tǒng)均設(shè)置在1個(gè)小型杜瓦內(nèi),杜瓦外殼通過輻射制冷方式冷卻至150K,超導(dǎo)量子躍遷探測器和SQUID輸出電路采用三級(jí)脈管制冷機(jī)與J-T制冷器復(fù)合制冷系統(tǒng)冷卻至6K,再通過四級(jí)連續(xù)工作絕熱去磁制冷機(jī)冷卻至50mK,制冷量6mW。同時(shí)絕熱去磁制冷機(jī)的第五級(jí)可以為探測器組件提供1.2K冷屏,并冷卻探測器的SQUID放大器。

5 我國低溫制冷技術(shù)需求與現(xiàn)狀

我國的深空探測計(jì)劃雖然起步較晚,但已取得令人矚目的成績,目前正處于相關(guān)探測技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展階段。“十一?五”期間,我國已經(jīng)啟動(dòng)了空間太陽望遠(yuǎn)鏡與空間亞毫米波相干和非相干探測器的研究工作。空間亞毫米波相干和非相干探測器將采用超流氦低溫系統(tǒng),可以將探測器冷卻至1.5～2.0K。

經(jīng)過40多年的發(fā)展,我國已經(jīng)研制成功了空間輻射制冷器、斯特林制冷機(jī)、脈沖管制冷機(jī)等多種制冷設(shè)備,取得了一系列重要成就,建立了完整配套的航天工程體系。十幾臺(tái)輻射制冷器已經(jīng)在實(shí)際工程中得到應(yīng)用,并且積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。斯特林制冷機(jī)和脈管制冷機(jī)也趨于成熟,目前正在進(jìn)行搭載飛行驗(yàn)證,但這些成果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國深空探測技術(shù)的需求。在超流氦制冷技術(shù)研究領(lǐng)域,中科院理化所在超流氦相分離技術(shù)方面進(jìn)行了探索,建立了相分離器地面試驗(yàn)設(shè)備[14];蘭州物理研究所已經(jīng)開始了空間超流氦杜瓦的研制工作。在深低溫機(jī)械制冷技術(shù)研究方面,浙江大學(xué)和中科院理化所正在采用多級(jí)脈管制冷機(jī)進(jìn)行探索;在空間極低溫制冷溫區(qū),我國尚處于空白階段。

6 總結(jié)與建議

從國外深空探測技術(shù)發(fā)展來看,為了實(shí)現(xiàn)有效探測,深低溫制冷技術(shù)已經(jīng)成為深空探測技術(shù)中最為關(guān)鍵技術(shù)之一。從制冷技術(shù)的發(fā)展來看,從早期以被動(dòng)致冷為主,逐步轉(zhuǎn)向以多級(jí)機(jī)械制冷為主的主動(dòng)制冷;從單一的制冷方式向多種制冷方式復(fù)合制冷轉(zhuǎn)變。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。

隨著空間深空探測技術(shù)的不斷發(fā)展,不僅要求低溫科技工作者開發(fā)可以為航天器提供滿足工作溫度要求的可靠冷源,還要掌握深低溫制冷系統(tǒng)的空間應(yīng)用與熱集成技術(shù),根據(jù)不同的冷卻對(duì)象和要求,進(jìn)行系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì),滿足各類長壽命航天器空間應(yīng)用要求。

在空間深低溫技術(shù)研究方面,我國與國外先進(jìn)技術(shù)的差距依然很大,為了適應(yīng)我國深空探測技術(shù)發(fā)展的需求,應(yīng)及時(shí)開展深低溫技術(shù)的研究工作,包括深低溫制冷技術(shù)、被動(dòng)熱控制技術(shù)、大型太陽屏技術(shù)、低溫傳熱技術(shù)、高效絕熱技術(shù)和低溫測試技術(shù)等。在現(xiàn)有機(jī)械制冷技術(shù)基礎(chǔ)上,及時(shí)啟動(dòng)多級(jí)機(jī)械制冷技術(shù)研究工作,適時(shí)開展極低溫區(qū)制冷技術(shù)探索,為其空間應(yīng)用做好技術(shù)儲(chǔ)備。

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