用于空间BIB探测器的0.3 W@4.2K大冷量轻量化低温系统

作者：褚晋简; 刘少帅; 王鹏; 丁磊; 肖云龙; 殷旺; 陈志超; 沙鑫权; 蒋珍华; 吴亦农

来源：红外与毫米波学报, 2023, 42(6): 885-895.

DOI：10.11972/j.issn.1001-9014.2023.06.022

• 低温系统
• 空间BIB探测器
• 斯特林
• 脉冲管
• 焦汤节流
• 液氦
• 多级制冷机

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.

• 单位
  中国科学院大学; 中国科学院上海技术物理研究所