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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。
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。
适用于未来太空应用的动磁式自由活塞斯特林制冷机的设计
自由活塞斯特林制冷机在空间技术中的应用越来越广泛，特别是用于冷却卫星和其他空间相关设备上的红外传感器。本研究重点是使用 SAGE 12 软件设计和优化一体式自由活塞斯特林制冷机。该设计采用电磁驱动谐振机构和间隙密封装置，以确保最佳效率、COP 和最小系统振动。设计的一体式自由活塞斯特林制冷机在 80 K 时可产生 1.58 W 的制冷效果，COP 为 0.0424。对设计的制冷机进行了全面评估，以评估不同设计特性和操作参数的影响。随后，使用 Ansys Maxwell 软件设计了制冷机所需的动磁式线性电机。在研究的最后阶段，原始制冷机设计进行了修改，将单网格再生器替换为多网格再生器。确定了多网格再生器的最佳组合，以提高系统性能。分析表明，在具有多网格再生器的整体式低温冷却器中，当较粗的网格位于再生器管的热侧而较细的网格位于再生器管的冷侧时，系统性能会得到改善。
低温流体管理投资组合项目
• Cryogenic thermal coatings • Automated Cryo-couplers • Propellant Densification • High Vacuum Multi-Layer Insulation (CELSIUS) • Unsettled liquid mass gauging • Low Leakage Cryogenic Valves & Components • High Capacity Cryocooler (20K 20W) • High Capacity Cryocooler (90K 150W) • Storage of LH 2 Utilizing both 90K & 20K Cryocoolers （2阶段冷却）
引用：Yang B，Gao Z Z，Chen L B等。第一个高频脉冲管冷冻机降至2.5 K，其在中国深层水疗中的有前途的应用
从月球，火星到太阳系，太阳，甚至系外行星的中央机构，深空探索[1] [1]促进了对太阳系和宇宙的形成和演变的研究，尤其是在追踪生命的起源方面。高能通量密度的固有特征确定空间检测器在宇宙微波背景辐射温度为2.7 k的情况下通过辐射冷却完全散发热量。因此，主动制冷技术是高信噪比（SNR）（SNR）的至关重要的保证，以及由于空间探索的高度准确性，可探索太空的准确性，并探索了深度探索[2] [2] [2] [2]。在中国，当前的轨道制冷系统几乎在液氮温度范围内工作[3]。到目前为止，关于液体液和液态温度温度较低的空间制冷技术的相应发展仍处于起步阶段，并且在实验室研究中仅研究了几种冷冻冷却器原型[4,5]。但是，近年来，中国促进的太空天文学计划需要
高频同轴脉冲管微制冷机
大型红外焦平面、滤光片或冷光学器件，目前使用更重的冷散热器。带有同轴脉冲管和挠性轴承压缩机的超小型、低质量低温冷却器的开发已经超越了之前描述的实验室版本 1，达到了工程模型成熟度。压缩机直接按比例缩小自 Northrup Grumman 的 TRL-9 飞行传统压缩机产品线。1,2,3,4 低温冷却器采用全焊接压缩机、小型轻型战术驱动电子设备和可与集成杜瓦组件接口的飞行式冷头。这种更成熟的冷却器实现在运行时受到随机和正弦振动，并未显示出永久性性能变化。它在剧烈振动下运行，在施加振动时仅表现出微小的性能变化。它已经过热性能测试，结果显示可重复早期开发模型的性能。
美国宇航局在零沸腾技术方面取得进展，以实现长效
项目 TRL* 集成零沸腾系统 4+ 厚多层绝缘层 6 太阳能屏蔽（可选） 7+ 低电导率结构界面 6+ 大容量 20 K 和 90 K 低温冷却器 4+ 低温冷却器集成：广域冷却（罐上管分布式冷却和屏蔽上管分布式冷却）
激光冷却对低轨道观测卫星的影响：尺寸、重量和功率分析
固体激光冷却是一项突破性技术，能够以微型方式将温度无振动冷却至 100 K。它似乎是一种很有前途的技术，可以提高未来观测卫星的性能，例如在 SWIR 和 NIR 领域。本文首次研究了在观测卫星上集成激光冷却器。我们的研究侧重于卫星有效载荷和平台级别的尺寸、重量和功率 (SWaP) 标准。其目标是评估在低地球轨道 (LEO) 红外观测任务中使用光学低温冷却器而不是机械低温冷却器的兴趣。提出了一种初步的空间激光冷却器 (LC) 架构。它由两部分组成。第一部分是冷却头，基于最先进的冷却晶体 10%Yb:YLF 和像散多通腔。第二部分是低温冷却器光电子学，基于耦合到冷却头的冗余激光二极管和光纤。考虑到红外探测器的热负荷和低温恒温器内的寄生热通量，估算了小焦平面的冷却功率。然后考虑到晶体效率、热链接损耗和光电效率，估算激光冷却器所需的光功率和电功率。假设一个为期 5 年的 LEO 微卫星任务，则对电力系统（PCDU、太阳能电池阵列、电池）和热控制系统（热管、散热器）进行尺寸计算。增加了额外的质量裕度以考虑机械支撑结构。最后，分别将有效载荷和平台的质量和体积相加，以获得卫星级别的 SWaP 平衡，代表激光冷却器的整体影响。在相同的任务和平台假设下，对微型脉冲管冷却器 (MPTC) 架构重复了该研究。最后，对这两种架构进行了比较。结果表明，即使激光冷却器的功率要求很高，质量和内部体积的减小也使得小型卫星有效载荷成为可能。