一种带吸附装置的用于空间探测器冷却的低温制冷系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带吸附装置的用于空间探测器冷却的低温制冷系统，包括压缩机、传输管、气库、惯性管、热端换热器、回热器、脉管、冷端换热器和吸附装置，吸附装置径向安装在冷端换热器周围，利用冷端换热器的冷阱效应，来吸附真空环境下的气体分子，在提供探测器所需的低温环境的同时，起到维护探测器工作环境清洁的作用。本发明专利技术相比传统的加热去污方式，其去污能力更强，去污更加彻底，节约能耗，且设备结构简单，适用于具有不同低温制冷机的空间制冷系统，能够很好的满足空间探测器对环境温度和环境清洁度的需求，保障其在高性能状态下长期稳定运行。

Cryogenic refrigeration system with adsorption device for space probe cooling

The invention discloses a cryogenic refrigeration system with an adsorption device for cooling space detectors, which comprises a compressor, a transmission tube, a gas reservoir, an inertial tube, a hot-end heat exchanger, a regenerator, a pulse tube, a cold-end heat exchanger and an adsorption device. The adsorption device is radially installed around a cold-end heat exchanger and utilizes a cold trap of a cold-end heat exchanger. Effect, to adsorb the gas molecules in the vacuum environment, provides the detector with the necessary low-temperature environment at the same time, play a role in maintaining a clean working environment of the detector. Compared with the traditional heating decontamination method, the invention has stronger decontamination ability, more thorough decontamination, energy saving, simple structure and is suitable for space refrigeration systems with different cryogenic refrigerators, and can well meet the requirements of the space detector for environmental temperature and environmental cleanliness, and ensure its high performance state. Under long-term stable operation.

【技术实现步骤摘要】
一种带吸附装置的用于空间探测器冷却的低温制冷系统
本专利技术属于空间低温制冷领域，特别涉及一种带吸附装置的用于空间探测器冷却的低温制冷系统。
技术介绍
对于观测卫星、天文卫星、监测和跟踪卫星等航天器而言，安装在其上的探测器、以及相关光学仪器是完成其工作所必须的部件。为降低这些仪器本身的热噪声，提高成像质量，必须为其配备低温制冷系统以提供一个适合其工作的环境温度。除此之外，探测器的工作性能还受其环境清洁质量的影响。在航天器工作过程中，其所使用的某些材料在真空条件下会释放出气体分子，主要为水蒸气和二氧化碳分子。而探测器通常和低温制冷机一起被封闭在真空容器中，其采用直接或者间接的方式与冷头相接处，温度接近冷头温度，在空间环境污染条件下相当于一个冷阱，使逸出的气体分子向其汇聚。沉积在其表面，造成污染。当分子沉积在探测器焦平面时，将会严重影响探测器的工作性能，使其不能正常工作。目前，当探测器焦平面出现分子污染时，通常采用加热方式，来对探测器焦平面进行清洁。但使用加热去污手段效果十分有限，不仅会使探测器的工作被延误，通过加热蒸发的气体分子还会在一定时间内再一次地沉积在焦平面上，又一次造成分子污染，影响其工作质量。通过在低温制冷机冷端换热器加装一个吸附装置，可以在气体分子向冷端汇聚时，将其捕捉吸附，维护冷头和探测器的清洁，使探测器可以长时间高性能地运行。
技术实现思路
本专利技术提供了一种带吸附装置的用于空间探测器冷却的低温制冷系统，与常规除污方式相比更加节能，除污效果好，可以很好的满足空间探测器对环境温度和环境清洁度的需求，保障其在高性能状态下长期稳定运行。一种带吸附装置的用于空间探测器冷却的低温制冷系统，包括低温制冷机，所述低温制冷机设有冷端换热器以及安装在冷端换热器上的吸附装置，所述吸附装置外表面布有小孔，内部填充有吸附材料。通过低温制冷机冷端换热器创造的低温条件，使制冷系统和传感器所处的高真空环境中材料释放的污染气体分子在温度足够低的吸附装置表面冷凝沉积，被吸附材料所吸附，并使蒸汽压力降的更低，驱使高真空环境中其他区域的气体分子向其运动，最终将其捕获，达到去污效果。避免探测器焦平面受到气体分子沉积的污染而影响工作性能。所述的吸附装置由铜、不锈钢或铝等导热材料构成。吸附装置安装在冷端换热器上，其和冷端换热器紧密接触，导热材料可以更好的传递冷端换热器的冷量，使吸附装置表面温度足够低，利于污染气体分子冷凝沉积，被吸附材料所吸附。作为优选，所述的吸附装置的结构形式可以为圆形、矩形或棱形等。其尺寸大小及安装方式可以根据空间探测器和制冷机的安装情况进行调整。进一步地，所述吸附装置的结构为圆环、矩形环或棱形环等环状结构，使吸附装置更方便地安装在冷端换热器上。所述的吸附材料可以是分子筛、活性炭、气体霜等低温吸附材料。所述的低温制冷机可以是斯特林制冷机、脉管制冷机、J-T制冷机等空间用低温制冷机。所述的低温制冷机可以是单级、两级或多级低温制冷机；其布置形式可以是U型、同轴型或直线型。在现有的航天器的探测器系统中，通常采用加热方式，来对探测器焦平面进行清洁。但这种方式效果十分有限，不仅会使探测器的工作被延误，通过加热蒸发的气体分子还会在一定时间内再一次地沉积在焦平面上，又一次造成分子污染，影响其工作质量。而通过在与探测器相连的空间低温制冷系统冷端换热器上安装一个吸附装置，可以利用冷端换热器所创作的低温环境，将吸附装置转变成一个冷阱，吸附环境中存在的污染气体分子，从而保证探测器在高性能状态下长期稳定运行。本专利技术的有益效果体现在：(1)本专利技术设计的带吸附装置的低温制冷系统，利用冷端换热器所创作的低温环境，将吸附装置转变成一个冷阱，对其所在的高真空环境进行清洁，满足探测器对低温环境需求的同时维护其工作环境的清洁，保障其在高性能状态下长期稳定运行。(2)本专利技术设计的带吸附装置的低温制冷系统，其去污方式相比于目前使用的加热去污方式效果更佳优异，去污更佳彻底，能在不影响探测器工作的条件下，对环境进行清洁。(3)本专利技术设计的带吸附装置的低温制冷系统，其安装的吸附装置结构简单，可以适用于不同的空间低温制冷机，且便于根据实际安装条件进行设计。(4)本专利技术设计的带吸附装置的低温制冷系统，由于航天器本身的保温性能，冷端换热器提供给吸附装置的冷量主要消耗在污染气体分子冷凝上，这与污染气体分子在焦平面上冷凝所消耗的冷量差不多，相当于不需要消耗额外的能量。而常规除污方式采用加热的方式进行，破坏之前建立起来的低温环境，每次清洁后，制冷机都要对焦平面重新进行冷却，由于焦平面所需的环境温度通常为4K左右，这将会消耗大量的能量和探测器携带的有限液氦量，降低探测器的总运行时限。故本专利技术设计的吸附装置所具备的节能性，能一定程度上提高探测器的运行寿命。附图说明图1为本专利技术带吸附装置的用于空间探测器冷却的低温制冷系统示意图；图2为本专利技术低温制冷系统与探测器真空罩封装示意图；图3为本专利技术中吸附装置示意图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步详细描述。如图1所示，一种带吸附装置的用于空间探测器冷却的低温制冷系统，包括：压缩机1、传输管2、气库3、惯性管4、热端换热器5、回热器6、脉管7、冷端换热器8和吸附装置9。吸附装置9径向安装在冷端换热器8周围，来吸附真空环境下的气体分子。本实施例的低温制冷机采用同轴型脉管制冷机，但是其结构形式同样可以为直线型、U型，制冷机可以是斯特林制冷机、J-T制冷机，且不限于单级制冷机，可以是多级制冷机。如图2所示，为装有探测器及真空罩的低温制冷系统，包括压缩机1、传输管2、气库3、惯性管4、热端换热器5、回热器6、脉管7、冷端换热器8、吸附装置9、冷盘10、真空罩11、探测器12、探测器窗口13。如图3所示，本专利技术中的吸附装置为一金属环状结构，其外表面开有小孔，环内表面与冷端换热器贴合，在环状结构内部装有吸附材料。当探测器和制冷机系统运行一段时间后，构成系统的部分材料会在真空环境中释放出气体分子，其主要成分为水蒸气和二氧化碳分子。这些气体分子在吸附装置表面冷凝凝聚，被吸附材料吸收。在低温下气体凝结时的蒸汽压力非常低，以水为例，在120K时，其蒸气压已低于10-8Pa，使吸附装置附近的真空度高于真空罩内其他位置的真空度，从材料逸出的气体分子便会向高真空处运动，最终被吸附装置中的吸附材料所吸附。在实际情况中，制冷机和其冷却的探测器所处环境为高真空，材料所释放的气体分子数量也有一定限度，故吸附装置中吸附材料的填装量无需过多，装置所占体积十分小。且由于处于低温条件下，系统产生的污染气体分子量小于吸附材料的吸附能力上限，可以保证其在一定长的时间内不会重新逸出，相比加热去污清除更加彻底。以上所述仅为本专利技术的较佳实施举例，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带吸附装置的用于空间探测器冷却的低温制冷系统，包括低温制冷机，其特征在于，所述低温制冷机设有冷端换热器以及安装在冷端换热器上的吸附装置，所述吸附装置外表面布有小孔，内部填充有吸附材料。

【技术特征摘要】
1.一种带吸附装置的用于空间探测器冷却的低温制冷系统，包括低温制冷机，其特征在于，所述低温制冷机设有冷端换热器以及安装在冷端换热器上的吸附装置，所述吸附装置外表面布有小孔，内部填充有吸附材料。2.根据权利要求1所述的带吸附装置的用于空间探测器冷却的低温制冷系统，其特征在于，所述吸附材料为分子筛、活性炭或气体霜。3.根据权利要求1所述的带吸附装置的用于空间探测器冷却的低温制冷系统，其特征在于，所述吸附装置的材料为铜、不锈钢或铝。4.根据权利要求1所述的带吸附装置的用于空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱利民，陶希军，植晓琴，黄宸，尤晓宽，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33