用于空间BIB探测器的0.3 W@4.2 K大冷量轻量化低温系统

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。     

液氦温区大型低温制冷系统的可靠性评估

针对改进Claude循环的大型氦低温制冷系统,以制冷量不足为顶事件建立了故障树模型。利用结构法对故障树模型进行定性分析,分析得到系统的最小割集为18个。利用来自不同数据库的部件失效率对故障树模型进行定量计算,得到了不同的结果,并分析其原因。对各部件的关键重要度进行了计算,以衡量各个部件对系统发生故障的贡献程度。并通过增加系统冗余部件和提高关键部件可靠度等措施,为提高系统可靠性找到了有效的解决途径。     

DC流对液氦温区斯特林型脉管制冷机的影响

理论研究表明DC流(Direct Current flow)存在于大多数双向进气结构的脉管制冷机中。开展了10 K以下多级斯特林脉管的实验研究,考察了在液氦温区斯特林脉管内直流流动对制冷机性能影响的规律。在采用双向进气结构对DC流流向及流量适当控制时,制冷机性能得到明显提升,在8—7 K温区适当的DC流下冷端由7.42 K降低至7.16 K。     

液氦在轨补给技术现状分析

为在轨科学仪器补充液氦,可有效提高航天器的能力和寿命,是某些大型空间科学探测任务顺利实施的重要保障。针对液氦的超低温特性,分析了液氦在轨补给方法,详细介绍了利用液氦超流体特性而实现其在轨补给的原理,以及超流体氦在轨转移技术的空间验证试验(superfluid helium on-orbit transfer,SHOOT),以期为我国发展液氦在轨补给技术提供有价值的参考。     

液氦极限过热度计算方法比较

利用预测液体极限过热度的经验公式,对液氦的极限过热度进行了计算,对各种方法进行了比较与分析;指出采用涨落理论所导出的公式对液氦极限过热度所进行的预测具有实践上的意义和价值.     

氩霜竞争吸附实验平台的设计与验证

为了研究氩霜对氦气与氢气的混合气体竞争吸附的特性,设计并搭建了一套低温实验台,该实验台主要包括液氦恒温器、吸附室和气体缓冲室,能实现氩霜在低温下对纯氦气、纯氢气以及两种气体的混合物的吸附特性的研究。从理论上分析了液氦恒温器的热力性能,预冷恒温器低温部分所需液氦为35.3 L,系统漏热为7.109 2 W,稳定运行时液氦耗量为9.8 L/h。为了验证本实验台的可信度,以氦气为吸附质气体,研究了氩霜在液氦温度下对其吸附的吸附特性,通过与文献实验数据的对比,表明该实验台在低温下研究氩霜对不同气体的吸附研究是可信的。     

大型液氮液氦热沉一体化设计

介绍了大型液氮液氦一体化热沉主要性能指标、设备结构和特点。针对热沉使用温度能够保持在低于10 K的使用要求,对热沉总体布置、管板结构形式、壁板结构形式、翅片管间距进行了详细设计,并对热沉材料选择和焊接进行了论述。该热沉能够进行航天发动机羽流效应试验,同时能够兼顾航天器热真空和热平衡试验。     

液氦自动输送系统

术文介绍研究用小型杜瓦(50升)液氦自动输送系统，该系统设备简单，输液安全、可靠。     

氦制冷在空间制冷技术中的应用

介绍了几种用于空间制冷中的氦制冷技术，如^He减压蒸发制冷，^3He压缩相变制冷，亚临界液氦制冷，超流氦制冷等。分别介绍了它们的原理，关键技术及其应用实例，最后提出了开展这方面工作的建议。