張?jiān)?周峰 阮寧娟 吳立民

(北京空間機(jī)電研究所，北京 100094)

1 引言

太空中許多區(qū)域充滿了大范圍、厚厚的氣團(tuán)和塵埃，阻擋了可見光的傳輸，而紅外光可以穿透這些云團(tuán)和塵埃，借助紅外望遠(yuǎn)鏡可以觀測其他星體的構(gòu)成、大氣成分、探測新星體等, 還可以獲得太空低溫目標(biāo)的信息，例如那些用可見光觀測時(shí)非常暗淡的小行星、太陽系以外的行星及巨大的云團(tuán)等。當(dāng)探測目標(biāo)信號十分微弱、信號距離相對較遠(yuǎn)以及溫度較低時(shí)，紅外望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)與支撐結(jié)構(gòu)的熱輻射和雜散光就會成為影響探測性能的主要因素。為了消除望遠(yuǎn)鏡自身散發(fā)的紅外線的影響，必須采用低溫制冷技術(shù)將光學(xué)系統(tǒng)和相關(guān)支撐部件的溫度冷卻下來，這樣才能有效地減少背景光子通量，發(fā)揮背景極限探測器的作用，從而提高探測器的靈敏度[1]。

本文針對空間紅外天文望遠(yuǎn)鏡的低溫制冷問題，概述空間紅外天文望遠(yuǎn)鏡的低溫制冷方式，介紹國外典型空間紅外天文望遠(yuǎn)鏡的制冷系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)、制冷方案，對國外空間紅外天文望遠(yuǎn)鏡制冷系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，為我國空間紅外低溫制冷技術(shù)的發(fā)展提出建議。

2 空間紅外天文望遠(yuǎn)鏡的低溫制冷方法

NASA根據(jù)60多個空間光學(xué)遙感器制冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)歸納出的結(jié)果顯示[2]：

1)熱電制冷裝置。適用于150K以上、制冷量要求不高的場合。制冷量要求較大時(shí)，可輔以熱管或流體循環(huán)系統(tǒng)將廢熱有效排散。由于無運(yùn)動部件，可長期工作。

2)輻射式制冷器。理想狀態(tài)可達(dá)60K，整個系統(tǒng)的可行性取決于飛行器的軌道、姿態(tài)和輻射器方位。輻射能力的降低就要用增大輻射面積和質(zhì)量來彌補(bǔ)，從而導(dǎo)致環(huán)境熱負(fù)荷影響增加和結(jié)構(gòu)漏熱等一系列問題，但輻射制冷的壽命長，不受時(shí)間限制。

3)主動輸運(yùn)熱排散。常用的是毛細(xì)抽吸兩相流體回路(Capillary Pumped Loop，CPL)，CPL是利用蒸發(fā)器從熱源吸收熱量，使內(nèi)壁的液體工質(zhì)吸熱蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)蒸汽聯(lián)管進(jìn)入冷凝器，蒸汽在冷凝器內(nèi)放出熱量并冷凝成液體，冷凝液體在蒸發(fā)器內(nèi)毛細(xì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的毛細(xì)力驅(qū)動下流回蒸發(fā)器繼續(xù)吸熱，如此循環(huán)工作進(jìn)行熱量的收集、運(yùn)輸和排散。

4)儲存式(液體或固體)深冷系統(tǒng)。從1.5K(超流He)到150K(固體NH3)這個很寬的溫區(qū)內(nèi)，一次性存儲系統(tǒng)提供了一種可靠而相對簡單的制冷方法。該系統(tǒng)利用攜帶的低溫液體或固體在低溫下的沸騰或升華來吸收設(shè)備的廢熱，并通過向空間排放氣體帶走廢熱。該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的長短取決于攜帶的制冷劑量。在超低溫區(qū)主要有超流He制冷器和He稀釋制冷器。超流He制冷器是利用超流He的“熱機(jī)效應(yīng)”對探測器進(jìn)行2.0K以下冷卻的制冷系統(tǒng)。He稀釋制冷技術(shù)是利用3He-4He溶液特性進(jìn)行制冷，制冷溫度可達(dá)100mK以下，制冷量可達(dá)100μW[3]。

5)機(jī)械式制冷機(jī)。對于制冷量較大且制冷溫度較低的情況，一般選用主動式制冷機(jī)，如斯特林制冷機(jī)、脈管制冷機(jī)、閉式J-T制冷機(jī)等。使用中的關(guān)鍵問題是可靠性、運(yùn)行壽命、功率和振動控制。

6)吸附制冷機(jī)。利用熱開關(guān)控制吸附床加熱解析與冷卻吸附獲得高低壓氣源，與J-T節(jié)流閥結(jié)合來實(shí)現(xiàn)制冷。工作溫度取決于工質(zhì)氣體與吸附床的種類，吸附式壓縮機(jī)可遠(yuǎn)離冷端放置在航天器平臺上。

7)絕熱去磁制冷。利用順磁鹽的磁致熱效應(yīng)來制冷，由順磁鹽、高性能磁體和熱開關(guān)組成。當(dāng)對順磁鹽進(jìn)行絕熱去磁時(shí)，由于磁熵降低對外吸熱，可以產(chǎn)生50～100mK低溫[3]。

3 國外空間紅外天文望遠(yuǎn)鏡制冷系統(tǒng)特點(diǎn)

本文將從制冷系統(tǒng)指標(biāo)、制冷系統(tǒng)方案、制冷系統(tǒng)示意圖3個方面，介紹國外哈勃空間望遠(yuǎn)鏡(Hubble Space Telescope，HST)上搭載的近紅外照相機(jī)和多天體分光計(jì)(Near Infrared Camera and Multi-object Spectrometer，NICMOS)、空間紅外天文望遠(yuǎn)鏡(Infrared Telescope in Space，IRTS)、空間紅外望遠(yuǎn)鏡(Space Infrared Telescope Facility，SIRTF)、空間紅外觀測衛(wèi)星(ASTRO-F)、赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡(Herschel Telescope)、寬視場紅外巡天探測器(Wide-field Infrared Survey Explorer，W ISE)、詹姆斯?韋伯空間望遠(yuǎn)鏡(James Webb Space Telescope，JWST)等空間紅外天文望遠(yuǎn)鏡的制冷系統(tǒng)特點(diǎn)。

3.1 HST-NICMOS制冷系統(tǒng)

HST于1990年4月24日成功發(fā)射，主要任務(wù)是探索宇宙的起源、驗(yàn)證和理解物理定律、追尋恒星以及行星的成因等。HST上搭載有8臺有效載荷，工作在紅外譜段的載荷主要是NICMOS。NICMOS制冷系統(tǒng)主要參數(shù)指標(biāo)如表1所示[4]。

NICMOS制冷系統(tǒng)方案：1997年NICMOS安裝好之后，采用固體N2制冷，裝有104kg固體N2的低溫杜瓦將紅外探測器冷卻到(58±2)K。1997年3月4號儀器開始試運(yùn)行，由于熱消耗較大，固體N2的消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)期，只能維持到1998年11月。在2000年3月的維護(hù)中，工作人員為HST安裝了1個外部制冷機(jī)和外部散熱器，這些儀器通過Ne循環(huán)來冷卻NICMOS。NICMOS制冷系統(tǒng)由低溫制冷器、環(huán)路熱管/輻冷器組成。在低溫制冷循環(huán)中，離心壓縮機(jī)壓縮Ne，壓縮功通過壓氣機(jī)氣缸傳到熱排散界面，再由環(huán)路熱管中的蒸發(fā)器將熱量排散到輻冷器所對的空間環(huán)境中。從壓縮機(jī)流出的高壓氣體進(jìn)入叉流換熱器，被來自冷負(fù)載換熱器的低壓蒸汽冷卻，然后高壓氣體流入渦輪，膨脹減壓降溫，輸出的膨脹功推動渦輪轉(zhuǎn)動。NICMOS制冷系統(tǒng)如圖1所示[4]。

表1 NICMOS制冷系統(tǒng)指標(biāo)Tab.1 Parameters of NICMOS cooling system

圖1 NICMOS制冷系統(tǒng)Fig.1 Cooling system of NICMOS

3.2 IRTS制冷系統(tǒng)

IRTS于1995年3月18日成功發(fā)射，是日本第一個天基紅外天文望遠(yuǎn)鏡。主要任務(wù)是在整個紅外波長范圍內(nèi)，對天體輻射進(jìn)行觀測。IRTS上搭載有4個主要的有效載荷：近紅外光譜儀(NIRS)、中紅外光譜儀(M IRS)、遠(yuǎn)紅外線陣?yán)L圖儀(FILM)以及遠(yuǎn)紅外光度計(jì)(FIRP)。IRTS制冷系統(tǒng)主要參數(shù)指標(biāo)如表2所示[5]。

IRTS制冷系統(tǒng)方案：IRTS的望遠(yuǎn)鏡和焦平面器件安裝在杜瓦內(nèi)，其溫度冷卻到1.9K。杜瓦內(nèi)有1個容積為100 L的液He罐和3個嵌套蒸汽冷卻防護(hù)罩。He通過多孔塞分相器后氣、液分離，He氣冷卻前遮光罩后再冷卻蒸汽冷卻防護(hù)罩。緊湊式閉環(huán)3He制冷器將FIRP紅外探測器的溫度冷卻到0.3K，該制冷器包括兩部分：液體3He存儲器(當(dāng)做蒸發(fā)器)和碳吸附泵。低溫時(shí)碳吸附3He氣體，碳吸附泵受熱時(shí)，將3He氣體釋放，然后3He氣體在蒸發(fā)器內(nèi)冷凝，吸附泵溫度下降，將3He氣體泵回，使蒸發(fā)器溫度降低。IRTS制冷系統(tǒng)如圖2所示[5]。

表2 IRTS制冷系統(tǒng)指標(biāo)Tab.2 Parameters of IRTS cooling system

圖2 IRTS制冷系統(tǒng)Fig.2 Cooling system of IRTS

3.3 SIRTF制冷系統(tǒng)

SIRTF于2003年8月25日成功發(fā)射。SIRTF的主要任務(wù)是觀測衛(wèi)星的構(gòu)成、銀河系中心和新形成的星系，獲得太空中低溫目標(biāo)信息，并觀測非常黯淡的小行星、太陽系以外的行星以及巨大的云團(tuán)。SIRTF上搭載有 3個主要的有效載荷：紅外陣列相機(jī)(IRAC)、紅外光譜儀(IRS)和多波段成像光度計(jì)(M IPS)。SIRTF制冷系統(tǒng)主要參數(shù)指標(biāo)如表3所示[6-7]。SIRTF制冷系統(tǒng)如圖3所示[7]。

表3 SIRTF制冷系統(tǒng)指標(biāo)Tab.3 Parameters of SIRTF cooling system

圖3 SIRTF制冷系統(tǒng)Fig.3 SIRTF cooling system

SIRTF制冷系統(tǒng)方案：SIRTF采用了“輻射制冷+液 He”的組合制冷方式，在發(fā)射入軌之前不進(jìn)行主動制冷，入軌工作后才開始主動制冷至所需工作溫度。SIRTF望遠(yuǎn)鏡的外殼進(jìn)行了被動輻射制冷設(shè)計(jì)，在軌不主動制冷時(shí)望遠(yuǎn)鏡外殼可以把熱量輻射到背朝太陽的深冷空間。SlRTF進(jìn)入預(yù)定軌道后，須用一周時(shí)間通過與外界輻射換熱使衛(wèi)星外殼冷卻至34K，并保持該溫度。然后切斷望遠(yuǎn)鏡和外殼的熱耦合，低溫氣體花幾周的時(shí)間將望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)冷卻至5.5K，然后將IRS探測器冷卻至1.4K[6]。SIRTF用He罐里的He氣對光學(xué)系統(tǒng)及探測器制冷，主光學(xué)系統(tǒng)固定在He氣制冷的外部蒸汽冷卻罩的頂部，而有效載荷直接固定在含有360L液He的He罐上。這樣的熱控設(shè)計(jì)方式使得SIRTF在攜帶的制冷劑質(zhì)量只有ESA紅外空間觀測平臺(Infrared Space Observatory，ISO)所攜帶質(zhì)量15%的情況下，卻能比ISO擁有更長的在軌工作時(shí)間。

3.4 ASTRO-F制冷系統(tǒng)

ASTRO-F于2006年2月22日成功發(fā)射，主要任務(wù)為探索星系的起源和演變、尋找褐矮星、搜索太陽系外行星系和發(fā)現(xiàn)新彗星。ASTRO-F上搭載有2個主要的有效載荷：紅外相機(jī)(IRC)和遠(yuǎn)紅外探測器(FIS)。ASTRO-F制冷系統(tǒng)主要參數(shù)指標(biāo)如表4所示[8]。

ASTRO-F制冷系統(tǒng)方案：ASTRO-F中望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)主要是借助“超流 He+機(jī)械制冷”的復(fù)合制冷方式將其溫度降低到5.8K。為了保證 FIS探測器的極低工作溫度，采用了超流 He制冷。通過合理利用He的物理特性，使其與被冷卻器件進(jìn)行熱交換，從而滿足了系統(tǒng)的溫度需求。ASTRO-F外殼跟星體隔離，通過輻射冷卻到200K。ASTRO-F利用2套雙級斯特林制冷機(jī)冷卻外屏，這樣既可以減少低溫杜瓦的漏熱，又可以節(jié)省He的用量，進(jìn)而減小系統(tǒng)的體積和質(zhì)量。這種機(jī)械致冷技術(shù)能夠延長衛(wèi)星的工作壽命。ASTRO-F還搭載了1個盛有170L超流He的He罐，可增加液He的在軌使用時(shí)間。ASTRO-F制冷系統(tǒng)如圖4所示[8]。

表4 ASTRO-F制冷系統(tǒng)指標(biāo)Tab. 4 Parameters of ASTRO-F cooling system

圖4 ASTRO-F制冷系統(tǒng)Fig.4 ASTRO-F cooling system

3.5 Herschel Telescope制冷系統(tǒng)

Herschel于2009年5月14成功發(fā)射，主要任務(wù)為研究早期宇宙中星系的形成和演化，考察恒星是如何形成和演化的，以及它們與星際介質(zhì)的相互聯(lián)系等。Herschel上搭載有3個主要的有效載荷：高分辨率遠(yuǎn)紅外外差光譜儀(HIFI)、光電導(dǎo)陣列相機(jī)與光譜儀(PACS)和光譜光度成像計(jì)(SPIRE)。Herschel制冷系統(tǒng)主要參數(shù)指標(biāo)如表5所示[9]。

Herschel制冷系統(tǒng)方案：Herschel光學(xué)系統(tǒng)制冷主要是利用遮陽板遮擋太陽光，利用空間冷環(huán)境使光學(xué)系統(tǒng)工作在80K左右。英國盧瑟福實(shí)驗(yàn)室(RAL)為Herschel研制了3He吸附式制冷機(jī)。在超流He熱沉溫度為1.5K時(shí)，制冷機(jī)在300mK可以獲得10μW冷量。達(dá)到300mK的制冷溫度是Herschel制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，采用活性炭或分子篩對3He吸附減壓可以獲得300mK以下制冷溫度。SPIRE的5個探測器陣列安裝在2K的盒子內(nèi)，通過1個高導(dǎo)熱銅帶與3He吸附制冷器末端相連。超流He罐可為焦平面提供1.7～4K和1.7～10K溫度。PACS熱輻射儀300 mK的制冷方式與SPIRE相同。Herschel制冷系統(tǒng)如圖5所示[9]。

表5 IRC制冷系統(tǒng)指標(biāo)Tab.5 Parameters of IRC cooling system

圖5 Herschel制冷系統(tǒng)Fig. 5 Herschel cooling system

3.6 W ISE制冷系統(tǒng)

W ISE于2009年12月14日成功發(fā)射，主要任務(wù)是為行星、恒星以及星系起源理論的驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)支持，并且發(fā)現(xiàn)宇宙中的大多數(shù)發(fā)光星系和靠近太陽的恒星。W ISE上搭載的有效載荷是1臺4通道紅外敏感望遠(yuǎn)鏡，能掃描整個天空。WISE制冷系統(tǒng)主要參數(shù)指標(biāo)如表6所示[10]。

W ISE制冷系統(tǒng)方案：W ISE包括2個中波紅外通道(MW IR)和2個長波紅外通道(LW IR)，分別采用HgCdTe探測器和Si:As探測器。W ISE載荷由1個2級固態(tài)H2低溫器制冷，該低溫器有2個H2罐，形成2個單獨(dú)的制冷區(qū)。次H2罐工作在10.2K的環(huán)境溫度下，可將光學(xué)組件冷卻到低于17K的溫度范圍內(nèi)，其主要熱負(fù)荷來自外殼、外界環(huán)境、探測器陣列和望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)。主H2罐位于次H2罐下方，由次H2罐為其提供熱防護(hù)，用于將Si:As探測器紅外焦平面陣列冷卻至7.8K。為了減少制冷劑負(fù)荷，真空外殼必須工作在 200K以下，因此在面對太陽的一側(cè)通過涂覆高發(fā)射率、低吸收率的多層絕熱涂層來減少對太陽輻射熱的吸收，在背對太陽的一側(cè)通過向太空輻射散熱將熱量輻射出去，這樣的設(shè)計(jì)能夠使真空殼的環(huán)境溫度降低。W ISE制冷系統(tǒng)如圖6所示[10]。

表6 W ISE制冷系統(tǒng)指標(biāo)Tab.6 Parameters of W ISE cooling system

圖6 W ISE制冷系統(tǒng)Fig.6 Cooling system of WISE

3.7 JWST制冷系統(tǒng)

JWST預(yù)計(jì)于2018年發(fā)射，主要任務(wù)是調(diào)查作為大爆炸理論的殘余紅外線證據(jù)，即觀測今天可見宇宙的最初形態(tài)。JWST上搭載有4個主要有效載荷：近紅外攝像機(jī)(NIRCam)、近紅外光譜儀(NIRSpec)、中紅外成像儀(M IRI)和精導(dǎo)傳感器/可調(diào)濾光片(FGS/TF)。JWST制冷系統(tǒng)主要參數(shù)指標(biāo)如表7所示[11]。

JWST制冷系統(tǒng)方案：JWST的工作位置為軌道高度150×104km的第2拉格朗日點(diǎn)，通過5層遮陽板的擋光作用，其光學(xué)系統(tǒng)制冷可以通過被動制冷到30～50K，不需額外的制冷系統(tǒng)為其提供冷量。JWST可分為3個溫區(qū)：溫區(qū)1包括工作在≤50K的硬件；溫區(qū)2處于JWST背陰側(cè)，該區(qū)域包括科學(xué)儀器的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，工作在室溫290K；溫區(qū)3包括在空間溫度環(huán)境下工作的硬件。溫區(qū)1和溫區(qū)3通過遮陽板相互隔離。該遮陽板可以有效的阻擋大約91 000W的太陽能，只有不到1W的熱量滲入到冷側(cè)。遮陽板熱側(cè)溫度大概為400K，冷側(cè)溫度平均為50K或者更低。M IRI的Si:As探測器需要 7K以下的工作溫度，先利用脈管制冷機(jī)冷卻到 18K，再用循環(huán)節(jié)流制冷機(jī)冷卻到 7K。JWST制冷系統(tǒng)如圖7所示[11]。

表7 JWST制冷系統(tǒng)指標(biāo)Tab.7 Parameters of JWST cooling system

圖7 JWST制冷系統(tǒng)Fig.7 Cooling system of JWST

4 空間紅外望遠(yuǎn)鏡制冷系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律

空間紅外望遠(yuǎn)鏡均采用低溫制冷技術(shù)，工作溫度從零點(diǎn)幾開到幾十開。探測任務(wù)不同，光學(xué)系統(tǒng)和探測器所需制冷溫度也不同。根據(jù)前文所述的國外情況，總結(jié)了國外紅外天文望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)制冷方式、光學(xué)系統(tǒng)制冷溫度、探測器制冷方式和探測器制冷溫度，如表8所示[4-11]。

表8 國外紅外天文望遠(yuǎn)鏡制冷系統(tǒng)主要指標(biāo)Tab.8 Parameters of cooling systems of foreign infrared astronom ical telescopes

從上表可以看出，空間紅外望遠(yuǎn)鏡制冷系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律為：

1)光學(xué)系統(tǒng)工作溫度從早期的幾開向幾十開發(fā)展，制冷方式從儲存式制冷向遮陽板+空間環(huán)境制冷方向發(fā)展。高效遮陽板的應(yīng)用，使得絕大部分太陽輻射熱不能進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡入光口，再輔以輻射制冷，可以充分利用 3K空間冷環(huán)境，將光學(xué)系統(tǒng)溫度降低到所需工作溫度。新型光學(xué)系統(tǒng)制冷方式，可以克服儲存式制冷使用壽命短、載質(zhì)量大的缺點(diǎn)。

2)探測器的工作溫度需求帶動了相應(yīng)制冷技術(shù)的發(fā)展，如表9所示，總結(jié)了針對探測器不同工作溫度所采取的制冷方式。目前國外空間紅外望遠(yuǎn)鏡探測器制冷主要是利用攜帶固/液體制冷劑蒸發(fā)吸熱制冷，同時(shí)輔以其他的制冷方式。由于儲存式制冷的局限性，目前正在發(fā)展儲存式制冷+輻射制冷+機(jī)械制冷的復(fù)合制冷方式。

3)就目前來說，空間紅外望遠(yuǎn)鏡制冷技術(shù)向空間機(jī)械制冷技術(shù)方向發(fā)展，機(jī)械制冷具有體積小、質(zhì)量輕、制冷量大、操作簡單等特點(diǎn)。技術(shù)較為成熟的空間機(jī)械制冷技術(shù)主要有脈管制冷技術(shù)、循環(huán)節(jié)流制冷技術(shù)、斯特林制冷技術(shù)等。機(jī)械制冷的空間應(yīng)用需解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜、震動、磨損等問題。

4)國外的紅外天文望遠(yuǎn)鏡為了規(guī)避地球反射紅外輻射和其自身發(fā)射的紅外輻射，正在向深空發(fā)展(L2點(diǎn))。在L2點(diǎn)上，紅外望遠(yuǎn)鏡相對地球和太陽基本保持靜止，外界環(huán)境擾動相對穩(wěn)定。利用高效遮陽板可對太陽光進(jìn)行有效隔離，使得背陽側(cè)的環(huán)境溫度維持在30～50K，同時(shí)以3K深空作為冷源輔以輻射制冷，可使望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)達(dá)到所需工作溫度。

表9 不同工作溫度應(yīng)采用的制冷方式Tab.9 Cooling system chosen for different working temperatures

5 結(jié)束語

我國紅外天文望遠(yuǎn)鏡仍處于研制階段，紅外天文望遠(yuǎn)鏡制冷技術(shù)也不成熟，還需多學(xué)習(xí)國外先進(jìn)制冷技術(shù)。在紅外天文望遠(yuǎn)鏡制冷方面，我國與國外的差距以及發(fā)展建議包括：

1)發(fā)展低溫光學(xué)技術(shù)。國外紅外天文望遠(yuǎn)鏡的主鏡口徑一般在0.3～3.5m，JWST主鏡口徑已達(dá)6.5m。口徑的增加將為低溫鏡頭的加工和光學(xué)鏡頭低溫支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來較大難度。

為了探測遠(yuǎn)距離的恒星或者行星，需使光學(xué)系統(tǒng)工作溫度降到幾開甚至零點(diǎn)幾開，如此低的溫度將為光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)低溫下成像性能計(jì)算和測試等方面帶來較大困難。

為了有效抑制系統(tǒng)的雜散輻射、實(shí)現(xiàn)不同譜段的分光，天文望遠(yuǎn)鏡一般都需要復(fù)雜的二次成像系統(tǒng)，對于低溫環(huán)境下復(fù)雜的二次成像系統(tǒng)支撐、定位、隔熱、熱應(yīng)力補(bǔ)償?shù)认嚓P(guān)技術(shù)，我國研究較少。

2)發(fā)展儲存式低溫制冷技術(shù)。目前我國的儲存式制冷技術(shù)仍處于研究階段，該技術(shù)在國外已較為成熟。目前，我國空間紅外望遠(yuǎn)鏡低溫制冷應(yīng)側(cè)重不消耗衛(wèi)星能源、無振動、不受軌道限制、結(jié)構(gòu)簡單的儲存式制冷方式，應(yīng)加大力度開展相關(guān)技術(shù)的研究。

3)發(fā)展深低溫機(jī)械制冷技術(shù)。低溫機(jī)械制冷技術(shù)是當(dāng)前空間低溫制冷技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。中科院理化所研制的雙級脈管制冷機(jī) 20K/80mW，輸入功率為 200W，距幾開的制冷溫度還有一定差距，制冷量也有待提高。我國的機(jī)械制冷機(jī)技術(shù)仍處在研制階段，在發(fā)展機(jī)械制冷技術(shù)的同時(shí)，要發(fā)展機(jī)械制冷與其他制冷形式相結(jié)合的制冷方式，確保在達(dá)到零點(diǎn)幾開制冷溫度的同時(shí)，延長工作壽命。

4)發(fā)展深低溫?zé)崾占c熱傳輸技術(shù)?？臻g紅外望遠(yuǎn)鏡制冷系統(tǒng)依靠深低溫?zé)崾占蜔醾鬏敿夹g(shù)實(shí)現(xiàn)低溫區(qū)熱量的收集和排散功能。我國需主要發(fā)展柔性導(dǎo)熱索、深冷熱管、深冷環(huán)路熱管等深低溫?zé)崾占蜔醾鬏敿夹g(shù)。

5)發(fā)展高效絕熱技術(shù)。減少漏熱是空間紅外望遠(yuǎn)鏡制冷的關(guān)鍵因素，紅外探測器所需工作溫度較低，為此消耗的能量較大，若不能有效控制系統(tǒng)漏熱，將額外消耗大量能量。我國需主要發(fā)展杜瓦蒸汽冷屏、內(nèi)外層之間高效真空多層、高強(qiáng)度/低熱導(dǎo)復(fù)合材料等相關(guān)技術(shù)。

對空間紅外天文望遠(yuǎn)鏡低溫制冷系統(tǒng)的研究，不僅可促進(jìn)深低溫制冷技術(shù)、被動熱控技術(shù)、低溫傳熱技術(shù)、高效絕熱技術(shù)、低溫測試技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以滿足未來空間紅外觀測技術(shù)的需求，并為其空間應(yīng)用做好技術(shù)儲備，同時(shí)推動空間紅外觀測技術(shù)的發(fā)展，為我國未來第一顆紅外天文衛(wèi)星升空打下基礎(chǔ)。

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