于凯盈，巢翊钧，庄昌佩，王小军*，闫春杰，王 博，甘智华

（1.兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室，兰州 730000；2.浙江大学制冷与低温研究所，杭州 310027）

0 引言

在空间探测领域中，为了探测到不同波长的电磁波信号并保证科学仪器正常工作，必须用低温制冷技术提供所需的低温工作环境，提高仪器的信噪比、灵敏度和分辨率等。如JAXA的超导亚毫米波段辐射探测器项目（SMILES）的科学仪器有2台亚毫米天线亚毫米超导绝缘层混频器（SIS、SMX）和4台高电子迁移率晶体管放大器（HEMT），其中2台HEMT需要被冷却至15～23 K[1]。2001年，NASA启动的先进制冷机技术研发项目（ACTDP）为詹姆斯-韦伯望远镜（JWST）、类地行星探测器（TPF）和“X星云”（Con-X）项目提供制冷机，这三个项目的设备均在18 K左右需要制冷量。其中JWST的中红外仪（MIRI）的光学模块（OM）和焦平面阵列（FPA）在6 K和18 K左右有冷量需求[2-4]。由于对20 K温区有冷量需求，且该温区能够为液氦温区（4 K）提供预冷，因此20 K温区是承上启下的重要温区。

实现20 K制冷通常采用的技术有斯特林制冷机（STC）、脉管制冷机（PTC）和斯特林/脉管复合制冷机（ST/PTC）。在参与MIRI制冷系统竞标的公司中，Ball公司的方案为3级STC预冷J-T循环；NGST公司提出的方案是3级PTC预冷J-T循环[2，5]；Raytheon公司大力发展以RSP2为代表的ST/PTC系列产品[6]。2018年，Zhu等[7]在两级脉管上对比了主动调相、气动活塞调相以及室温惯性管调相三种方式，主动调相的无负荷温度为18.8 K。Pang等[8]对比了室温活塞和双向进气调相方式，前者使效率提升了5.42%。

上述三种制冷机均属于回热式制冷机，回热器是其中的核心部件。……