1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
大阵列BIB探测器由于其高量子效率和低暗电流而成为广泛的研究对象，特别是在空间应用方向。如2021年发射的詹姆斯韦伯太空望远镜，它已经进行了许多重要的天文观测。一个稳定、高效、轻量化的液氦温区低温系统对BIB探测器的运行至关重要。氦节流制冷机可取代传统的大容积液氦杜瓦，能满足空间液氦温区的制冷要求。为了同时提高4.2 K的制冷量并减轻重量，提出了一种0.3 W@4.2 K的大冷量轻量化的4.2 K低温制冷系统。并且在现有0.1 W@4.1 K制冷量的低温系统上进行实验，验证了该系统的设计方法。在不同的冷却温度区采用不同的冷却方法，以实现冷却的高效性和轻便性。开发了一个新的集成斯特林制冷机，在80 K时提供高效的一级预冷，制冷量为15 W，重量仅为4.5 kg；二级预冷采用主动活塞调相的15 K脉管制冷机，制冷量为0.9 W。此多级低温制冷系统通过耦合氦气JT循环，可以在4.2 K时提供0.3 W的制冷量，输入功低于1.8 kW。此系统将为正在快速发展的红外天文观测所需的空间BIB探测器提供保障。
低温系统 空间BIB探测器 斯特林 脉冲管 焦汤节流 液氦 多级制冷机 cryogenic system space BIB detection stirling pulse tube JT liquid helium multi-stage cryocooler
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 上海卫星工程研究所, 上海 200240
建立了阻抗匹配模型, 同时从冷指及压缩机两方面对制冷机性能进行优化.基于热声理论, 构建了30 K温区脉管冷指的一维DeltaEC理论模型, 优化了惯性管型单级脉管制冷机冷指和压缩机耦合的工作参数.从机理上分析了回热器填料、双段惯性管长度及气库体积对冷指声学阻抗及压缩机声功转化效率的耦合关系.搭建实验测试平台, 测试结果表明此单级脉管制冷机可以获得24.24 K的最低温度, 输入功227 W时可以在30 K获得1 W冷量, 可较好的满足空间红外探测器应用.
脉冲管制冷机 低温 阻抗特性 空间红外探测器 pulse tube cryocooler cryogenic 30 K 30 K impedance space infrared detector
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
空间探测技术对小型低温制冷机提 出了在不同温区同时供冷的要求，而双级高频脉管制冷机则 是一种极具潜力的解决方案。介绍了一种热耦合双级高频 脉管制冷机，其两级冷指均采用同轴型结构以提升制冷机 结构的紧凑性。在室温惯性管调相的方式下，获得了22.03 K的 最低无负载温度；当总的输入电功为413 W时，两级可同时获 得8 W@80 K和1 W@30 K的制冷量。针对不同预冷温度下的性能特 性开展了实验研究，得到了低温级冷指效率的变化规律。
热耦合 双级脉管 预冷温度 thermally-coupled two-stage pulse tube precooling temperature
1 中国科学院上海技术物理研究所上海 200083
2 上海海事大学商船学院 201306
回热器作为回热式低温制冷机的关键部件，其填充介质对整体性能影响很大。采用丙纶纤维作为回热器新型填充介质，对单级脉管制冷机进行了试验研究。对丙纶微尺度空间结构及物理性能进行了分析，基于充气压力分别为 3.5 MPa/3.0 MPa/2.8 MPa/2.5 MPa/2.0 MPa/1.5 MPa的工况下，进行了降温性能、频率性能、制冷性能试验，获取了最低制冷温度，最佳工作频率及最大比卡诺效率。研究结果表明，充气压力对丙纶填充回热器的制冷机整体性能影响较大，工作频率的影响不是很明显。最终获得了最大比卡诺效率 9.46%@170 K/10.06 W/77 W，最大制冷量为 5.47 W@120 K/2.5 MPa、12.02 W@150 K/3.0 MPa、16.49 W@170 K/3.0 MPa，并获得了 96.4 K的最低制冷温度。
脉管制冷机 回热器 丙纶纤维 制冷性能 pulse tube cryocooler regenerator Polyester fiber cooling capacity
