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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