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第1章 绪论1

1.1概述1

1.2空间低温技术与应用的研究范围2

1.2.1空间制冷器2

1.2.2低温探测器及其在空间的应用3

1.2.3空间制冷器和低温探测器的可靠性和试验3

1.2.4空间环境模拟低温技术3

1.2.5空间低温技术在空间的应用4

1.3空间低温技术的发展展望5

第2章 空间环境和空间环境效应12

2.1概述12

2.2空间环境和航天器轨道的分类12

2.2.1空间环境分类12

2.2.2航天器轨道及其空间环境13

2.3太阳电磁辐射环境及其对航天器的影响14

2.3.1太阳电磁辐射环境14

2.3.2太阳电磁辐射环境对航天器的影响15

2.4空间离子辐射环境及其对航天器的影响16

2.4.1空间离子辐射环境16

2.4.2空间离子辐射环境对航天器的影响18

2.4.3从太阳辐射的不同类别能量的比较20

2.5地球中性热大气层和原子氧环境及其对航天器的影响20

2.5.1地球中性热大气层和原子氧环境20

2.5.2地球中性热大气层和原子氧环境对航天器的影响22

2.6地球电离层和地磁场环境及其对航天器的影响23

2.6.1电离层环境23

2.6.2地磁场环境24

2.6.3地球电离层和地磁场环境对航天器的影响24

2.7空间真空和冷黑环境及其对航天器的影响25

2.7.1真空和冷黑环境25

2.7.2空间真空和冷黑环境对航天器的影响26

2.8微流星和空间碎片环境及其对航天器的影响28

2.8.1微流星和空间碎片环境28

2.8.2微流星和空间碎片环境对航天器的影响28

2.9航天器充电和空间辐射对电子设备的影响29

2.10空间环境和污染对光学器件的影响30

2.10.1空间环境对光学器件及其涂层的影响30

2.10.2污染对光学器件及其涂层的影响33

2.11光学仪器及其器件的污染控制技术36

2.11.1污染控制技术的几个基本要点36

2.11.2低温光学仪器和空基激光仪器污染控制技术38

2.12空间环境污染对空间制冷器的影响46

2.12.1污染对辐射制冷器的影响及污染控制47

2.12.2污染对空间机械制冷器的影响及污染控制49

第3章 空间制冷器54

3.1概述54

3.2固体制冷器54

3.2.1固体制冷器工作原理和工作温度范围54

3.2.2固体制冷器的特性和设计原理56

3.2.3固体氢低温恒温器58

3.3辐射制冷器61

3.3.1概述61

3.3.2辐射制冷器热平衡62

3.3.3航天器轨道的考虑63

3.3.4辐射制冷器的初步设计和分析63

3.3.5辐射制冷器的热力学特性69

3.3.6地球同步静止轨道卫星上的三级辐射制冷器结构和热设计72

3.4脉管制冷器74

3.4.1脉管制冷器的热力学循环75

3.4.2脉管制冷器的分析模型76

3.4.3脉管制冷器的几种形式77

3.4.4空间应用的脉管制冷器78

3.5焦尔-汤姆逊（JT）制冷器79

3.5.1封闭循环焦尔-汤姆逊（JT）制冷器79

3.5.2开式循环焦尔-汤姆逊（JT）制冷器82

3.6吸附制冷器86

3.6.1吸附制冷器的工作和循环原理86

3.6.2吸附制冷器的设计88

3.6.3两种吸附制冷器简介91

3.7磁制冷机94

3.7.1绝热去磁制冷原理和制冷循环94

3.7.2核磁性及核去磁制冷设备97

3.7.3磁制冷机低温恒温器99

3.7.4连续的绝热去磁制冷机103

3.8稀释制冷机104

3.8.1稀释制冷原理104

3.8.2稀释制冷机的设计106

3.8.3稀释制冷机的主要部件113

3.9斯特林循环制冷机115

3.10新型固态微型制冷器117

3.11空间制冷器可靠性设计和试验120

3.11.1概述120

3.11.2空间低温系统和制冷器的可靠性和冗余设计120

3.11.3空间制冷器加速寿命试验和可靠性评估的方法129

第4章 低温探测器134

4.1概述134

4.2低温光子红外探测器136

4.2.1概述136

4.2.2低温光子红外探测器技术的发展历程138

4.2.3几种用于空间的低温光子红外探测器139

4.2.4低温红外焦平面阵列146

4.3新一代光子探测器150

4.3.1概述150

4.3.2超导隧道结151

4.3.3跃迁边界传感器和跃迁边界传感器微量热量计154

4.3.4超导量子干涉器件158

4.4低温探测器在空间科学的应用162

4.4.1低温探测器在天文学的应用162

4.4.2低温探测器在低温电子设备的应用165

4.4.3用于空间望远镜的低温探测器166

4.5用于军事领域的低温探测器168

4.5.1几种军用低温探测器介绍168

4.5.2红外跟踪系统和红外搜索系统工作原理171

4.5.3用于弹道导弹防御系统的低温探测器173

4.6空间制冷器与低温探测器的耦合技术177

4.7低温光学系统179

4.7.1低温光学系统和低温冷却系统的配置179

4.7.2低温光学系统的热设计185

第5章 低温技术在空间科学技术中的应用187

5.1低温技术在低温电子学和通信中的应用187

5.1.1低温技术在低温电子学中的应用187

5.1.2低温技术在空间通信中的应用191

5.2低温技术在地球观测和气象卫星上的应用195

5.2.1低温技术在地球观测中的应用195

5.2.2低温技术在气象卫星上的应用200

5.3低温技术在空间天文学的应用204

5.3.1低温技术在下一代空间望远镜的应用204

5.3.2用于詹姆斯 · 韦伯太空望远镜的低温系统208

5.3.3用于宇宙论和天体物理学空间望远镜的低温系统212

5.3.4低温技术在红外线天文卫星的应用218

5.3.5用于欧洲航天局下一代X射线天文台的低温系统222

5.3.6用于X射线天文卫星的低温系统227

5.4低温技术在空间态势感知能力和弹道导弹防御系统的应用236

5.4.1概述236

5.4.2用于天基红外系统的低温冷却系统237

5.5大型超导磁体低温冷却技术240

5.6用于载人空间站系统和火星探测任务中的低温技术242

5.6.1载人空间站系统的低温技术242

5.6.2用于火星探测任务中的低温技术244

5.6.3空间探测中制冷剂现场生产设备的设计和分析245

5.7低温制冷剂长期贮存技术250

5.7.1低温制冷剂零汽化贮存技术250

5.7.2低温推进剂汽化减少系统255

5.7.3航天飞机推进剂的零汽化贮存258

5.7.4低温推进剂零汽化贮存的冷却系统260

第6章 空间环境模拟263

6.1概述263

6.2几种专用空间环境模拟器264

6.2.1低温传感器系统试验设备264

6.2.2用于量子阱红外探测器的试验装置271

6.2.3用于中红外仪器试验的低温空间模拟器272

6.2.4辐射热测量计的试验装置274

6.3液氮系统278

6.3.1液氮系统的几种形式278

6.3.2重力输送自循环液氮系统281

6.3.3 KM6载人航天器空间环境模拟器液氮系统293

6.3.4两相流管路压降计算295

6.4用于空间真空环境模拟的内装式低温泵301

6.4.1空间环境模拟器真空抽气系统301

6.4.2内装式低温泵结构形式的选择305

6.4.3内装式低温泵的抽速308

6.4.4低温泵的热负荷312

6.4.5内装式低温泵氦制冷机314

6.4.6氦制冷机和氦液化器的纯化系统316

6.4.7氦制冷机和氦液化器工艺流程的压力控制322

6.4.8 KM6载人航天器空间环境模拟器氦制冷机325

6.5用于空间真空环境模拟器的外接式低温泵329

6.5.1吉福特—麦克马洪制冷机329

6.5.2外接式低温泵的设计334

6.5.3制冷机低温泵的制冷功率和降温时间估算341

参考文献345