“高分四号”卫星凝视相机脉冲管制冷机

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1、航天返回与遥感第37卷第4期66SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2016年8月“高分四号”卫星凝视相机脉冲管制冷机蔡京辉赵密广洪国同（中国科学院理化技术研究所，北京100190）摘要“高分四号”卫星凝视相机采用国产长寿命脉冲管制冷机冷却红外焦平面探测器，是中国长寿命脉冲管制冷机首次在轨业务应用。文章介绍了该长寿命脉冲管制冷机的特点、主要技术指标、可靠性控制措施，同时介绍了中国科学院理化技术研究所基于“高分四号”卫星凝视相机脉冲管制冷机研制的新一代脉冲管制冷机的情况。“高分四号”卫星上的脉冲管制冷机采用理化所独立研制的高效率压缩机。该压缩机采用永磁电机动圈结构、

2、板弹簧支撑，电机中永磁场最高磁场强度达到1.1T。脉冲管冷指采用同轴布置。整机制冷性能为3W/80K，最大输入功率小于80W，整机质量小于6kg。脉冲管制冷机已在轨连续开机超过半年，性能未见衰减。关键词压缩机脉冲管制冷机红外焦平面探测器“高分四号”卫星中图分类号:TB651文献标志码:A文章编号:1009-8518(2016)04-0066-06DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2016.04.009ThePulseTubeCryocoolerofGF-4SatelliteStaringCameraCAIJinghuiZHAOMiguangHONGGuotong（Te

3、chnicalInstituteofPhysicalandChemistry,CAS,Beijing100190,China）AbstractApulsetubecryocoolerisinstalledontheGF-4satellitetocoolingdownaninfraredfocalplanedetector.Thepulsetubecryocooler,whoseon-orbitlifetimeisdesignedmorethan5years,isthefristChinesedevicetoservicingonorbit.Thispaperintroducesthechar

4、acteristics,themaintechnicaldataandthereliabilityofthepulsetubecryocooler.ThenextgenerationpulsetubecryocoolersdevelopedbyIPC(TheTechnicalInstituteofPhysicalAndChemistry)isintroduced,whichisbasedontheGF-4pulsetubetechnique.Acompressorwhichhastwopistons,highefficiencylinearmotorandplatesupportspring

5、isusedtodriveaco-axialpulsetubecooledfinger.Thehighestmagneticfieldstrengthis1.1T.Thepulsetubecryocoolercanprovide3Wcoolingpowerat80Kwith80Winputpower.Themassofthecryocooleris6kg.Thecrycoolerhasbeenrunningonorbitformorethan4000hours.Theperformancedegradationisnotobservedyet.Keywordscompressor;pulse

6、tubecryocooler;infraredfocalplanedetector;GF-4satellite0引言小型脉冲管制冷机由于其寿命长、比质量（80K制冷量/质量）高等技术优势，已经替代辐射制冷机，成为国际空间制冷的主力。在国际航天领域，脉冲管制冷机用于冷却大规模红外焦平面探测器、滤光片以及冷光学镜头等。脉冲管制冷技术的发展起源于20世纪60年代美国科学家的工作。20世纪80年代，前苏联科学家收稿日期：2016-06-05基金项目：国家重大科技专项工程第4期蔡京辉等:“高分四号”卫星凝视相机脉冲管制冷机67对脉冲管制冷机的流程进行了改进，使其最低温度降低至105K。1986年，美国

7、科学家将脉冲管制冷机最低温度降低至60K，证明其可以具有液氮温区的应用价值。1989年，中国科学院低温中心（现中国科学院理化技术研究所前身，以下称理化所）的一台脉冲管制冷机，在油润滑压缩机的驱动下，获得49K的最低制冷温度，在77K获得12W的制冷量。20世纪70年代，牛津大学发明了板弹簧支撑的无阀长寿命压缩机技术，极大地提高了斯特林制冷机的空间应用可靠性和使用寿命。到20世纪90年代，斯特林制冷机技术在美国