航天用长寿命高效低干扰斯特林型机械制冷装置

本项目属于航天技术领域制冷与低温工程学科。航天红外探测应用需要低温保障，该技术国外封锁并禁运相关产品。航天斯特林型机械制冷装置包括分置式斯特林型机械制冷机及其控制器，为制冷型红外探测器和冷光学系统提供稳定可靠的低温冷源，是红外光电系统中不可或缺的核心元部件，必须满足长寿命、高效率、低干扰等系统要求，涉及高效线性压缩机、高性能冷指及调相、长寿命设计及工艺控制、低干扰精密电控等多项难点，国际上仅美、欧、日等少数发达国家掌握。项目组从机理研究、数字化精准设计、长寿命高可靠、低干扰高精度控制、产品化制作等关键技术入手，创建了覆盖40~120K温区的长寿命空间机械制冷装置技术体系，在国内唯一拥有双驱动斯特林、斯特林型脉管、轻型气动三大类空间机械制冷装置并全部实现在轨应用，累计在轨10台套，上述成果曾随空间光电载荷总体和探测器组件三次获得中科院杰出科技成就奖。

主要创新点如下：

1、自主设计开发了高效制冷装置

开发设计了低温制冷机高效回热器、低声功传输损失脉管、高效气动力匹配膨胀机、惯性管气库高性能调相机构；采用热动力联合仿真方法，实现了压缩机与冷指的高效匹配。通过技术上的优势组合，突破了制冷机的高效关键技术，研制的3W@40K脉管制冷机、2W@60K双驱动斯特林制冷机等多款制冷机的性能达到国际先进水平。

2、攻克了制冷机长寿命核心技术

针对制冷机的磨损、泄漏、疲劳和污染四大失效模式，开展了机理研究，提出了可靠性增长设计方法和工艺控制方案。制定了在线摩阻检测工艺，采用低应力型线设计、板簧去应力处理和板簧质量控制方法，实现制冷机无磨损和无疲劳运行。揭示了污染对制冷机性能的影响规律，制定了极低污染除气和充排气工艺控制方法。地面验证制冷机寿命达到连续运行10年以上，寿命及可靠性优于国内同类产品水平，与国际先进水平相当。

3、实现了制冷装置产品化及其航天应用

形成了覆盖40~120K温区的航天机械制冷装置小批量产品化技术链，建立了该类产品航天应用可靠性试验与考核标准化流程。通过柔性抗疲劳机构、无摩擦间隙密封控制和结构一体化设计，实现了制冷机与各类型探测器杜瓦的耦合及与有效载荷结构的低耗能应用。通过自适应主动振动控制、电磁屏蔽、EMC抑制等解决了制冷机在空间光电系统应用中的一些关键技术，拓展了制冷机的应用场合。作为空间红外光电载荷核心关键技术，完成的典型机型有力支撑了我国多个重大卫星工程型号装备。

研制的机械制冷装置分别在试验四号、实践九号B卫星、天宫二号、风云四号、高分五号、海洋C星等主载荷中成功应用。在我国航天红外光电载荷和空间制冷技术史上，实现了航天用长寿命高效低干扰斯特林型机械制冷装置关键技术自主掌控。获授权发明专利10项、发表论文38篇，出版《空间制冷器技术》专著1部，受到国内外同行的关注。项目成果支撑服务了我国气象、环境、海洋、资源和空间站等多个领域的重要载荷和设施。