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World File Search System低温冷却
光学低温冷却器设计及太空应用演示
固体光学制冷或固体激光冷却是一项突破性技术，通过用合适波长的红外激光照射稀土离子掺杂晶体，可达到低温（低于 120 K -150 K）。在基态和激发离子态之间的间隙波长附近激发这种晶体，可以主要刺激反斯托克斯发射过程，即晶体重新发射比其吸收更多的光，从而冷却下来。基于这一革命性原理的低温冷却器有可能简化或实现许多仪器应用，而传统机械低温冷却器（例如：斯特林/脉冲管、焦耳-汤姆逊、涡轮-布雷顿）的振动和笨重是这些应用的障碍。历史上主要的目标应用是冷却地球观测卫星上的探测器，特别是最敏感的仪器，因为振动会对性能产生不利影响，或者冷却微型卫星或纳米卫星等小型卫星，因为这些卫星的有效载荷有限，相关限制也很强。这篇论文是法国液化空气先进技术公司 (Sassenage) 与法国国家科研中心 (格勒诺布尔) 尼尔研究所之间的合作项目。我的论文的第一个目标是首次在欧洲展示用于太空应用的激光低温冷却器原型的运行。三年内，我们成功设计、开发和运行了能够达到低温的激光冷却器实验室原型，从而使这项技术达到了 TRL 3 成熟度。比萨大学为我们的实验借出的掺杂 7.5% 镱的 YLiF 4 冷却晶体能够在约 30 分钟内冷却至接近 130 K (-153 °C) 的温度，吸收 10 W 激光功率。在我们的系统中，激光通过光纤供给冷却晶体，以便考虑到卫星应用中的一些限制，这在世界范围内尚属首创。我的论文的第二个目标是研究激光低温冷却器对未来地球观测卫星的可行性和适用性。基于小型低地球轨道红外观测卫星的电源架构，我们在整个卫星的尺寸、重量和功率方面比较了激光低温冷却器解决方案与基于脉冲管的解决方案的平衡。我们表明，激光低温冷却器是一个紧凑型系统，除了其他优点之外，还可以节省有效载荷部分的内部体积和质量。由于该技术具有光学和非接触特性，激光低温冷却器体积小、无振动，热损失小。因此，这项工作为未来太空应用开辟了新的光学低温冷却器系列。
适用于太空应用的光学低温冷却器
尽管在抑制微振动方面取得了重大进展，但仍然需要真正无振动的替代性低温冷却技术。例如，这已在欧空局制定的欧洲空间领域空间技术需求路线图（即欧洲空间技术协调进程）中有所体现。主要驱动力之一是高质量卫星数据的市场不断增长，这些数据服务于无数的经济、科学和社会目标。虽然这一趋势起源于传统的政府资助的空间计划，但市场上新空间技术公司的数量和活动正在呈指数级增长。除了消除微振动之外，新空间趋势还需要更小、更便宜、更可靠的低温冷却器。因此，小型化、降低成本和可靠性也是关键挑战。
利用微型低温冷却器在小型卫星上实现高温超导磁体
高温超导 (HTS) 带可以通过非常细的导线传输非常大的电流，而且没有电阻。这意味着 HTS 带可以缠绕成不产生热量的轻质高场电磁铁。因此，HTS 电磁铁在太空领域非常有用，因为太空领域对尺寸和重量有极大的限制，而且很难通过辐射方式消散传统铜电磁铁产生的热量。因此，HTS 被认为是一种小型化技术，能够在小型卫星上产生高磁场，用于电力推进、辐射屏蔽、姿态控制和感应储能等应用。HTS 设备需要在低温下运行，通常在 77 K 或以下。使用电制冷机可以在太空中保持这些低温。制冷机的性质及其与 HTS 电磁铁的集成方式对 SWaP（尺寸、重量和功率）要求有重大影响。本文介绍了旨在集成到立方体卫星中的 HTS 电磁铁设计的建模和初步物理测试。这项工作采用数值建模和实验相结合的方法，研究了单个微型低温冷却器是否可以将 HTS 电磁铁冷却到临界温度以下。使用 Sunpower CryoTel MT 低温冷却器，重量仅为 2.1 千克，长度和直径分别仅为 243 毫米和 73 毫米，仅使用 40 W 的输入功率即可获得低于 75 K 的电磁铁温度，同时保持 40 °C 的热端温度。这表明 HTS 电磁铁可以使用微型单级低温冷却器在小型卫星上运行。
讲座 20 低温冷却器
• 许多红外天文学需要< 3 K，因此不能通过制冷机来满足 – “无制冷剂”超导磁体或SQUID阵列 – 再液化LN 2 、LHe或其他制冷剂 – 热辐射屏蔽的冷却 – 基于HiTc的电子设备的冷却，例如用于电池的微波滤波器
低温 RSP2 生产低温冷却器和...
雷神空间与机载系统正在积极推进这一系统，因为该系统具有有益的探测器化学特性。砷掺杂硅 (Si:As) 焦平面为长波红外 (LWIR) 天文学和地球传感应用提供了卓越的性能；然而，操作需要低温冷却至 12 K 以下。现有的最先进的空间和机载闭式循环低温冷却器系统通常无法同时将所需负载保持在 12 K / 55 K 以下，因此通常采用储存制冷剂系统。所需制冷剂的数量相当大，很容易超过仪器的质量和体积。因此，发射质量和体积限制对任务寿命产生了严重限制。因此，闭环低温解决方案不仅可以提供更小的质量和体积，还可以提供更长的任务寿命和更低的物流成本。迄今为止，雷神公司已经设计、建造和测试了三种不同的热机械单元 (TMU)，以满足 Si:As 和其他系统的要求：AFRL 资助的高容量-RSP2 (HC-RSP2)、IRAD 资助的 LT-RSP2 和生产 LT-RSP2。
模块化线性驱动低温冷却器电子设备
Iris Technology Corporation 开发的模块化高级低温冷却器电子设备 (MACE) 系统将可配置的高功率电机驱动器与精确遥测功能相结合，其设计可承受辐射加固。位于低温冷却器附近的遥测聚合单元 (TAU) 通过在本地数字化传感器数据以传输回控制器，最大限度地减少了敏感低温冷却器反馈的衰减和污染，而主控制单元 (MCU) 中的多个 500 W 驱动通道可提供高达 95% 效率的功率波形。模块化设计概念允许在需要更多通道时添加驱动卡，或移除驱动卡以减小尺寸、重量和功耗。TAU 集成了多达 14 个外部传感器，总数据速率高达每秒 800,000 个样本，由控制软件动态分配给任何遥测组合。可以通过安装商用组件或利用替代控制方案来降低抗辐射控制器组件的成本，从而实现电子设备的低成本版本。雷神公司进行了一次演示，演示中驱动了高容量 RSP2 (HC-RSP2) 低温冷却器，温度和振动控制环路在高功率和低低温下关闭。本文讨论了 MACE 的开发、测试和经验教训。