室溫半導(dǎo)體低溫探測器在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究

1、科技項目（課題）模擬申報書 班 級： 學(xué) 號：課 題 負 責人：項 目 名 稱：室溫半導(dǎo)體低溫探測器在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究 指 導(dǎo) 老 師： 申 報 時 間：電子專業(yè)科技方法訓(xùn)練 一、國內(nèi)外與本項目有關(guān)的科學(xué)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（包括計算機檢索情況）：1國內(nèi)外科學(xué)技術(shù)介紹1987年，美、蘇、歐、日開始ITER設(shè)計。1991年，西班牙、法國、日本、加拿大提出申請，日本和法國入圍，加拿大于2003年12月宣布因缺乏資金退出。1999年，美國因自認為在核聚變技術(shù)上領(lǐng)先其他國家，宣布退出，后又因國內(nèi)熱核聚變研究進展緩慢，擔心被ITER甩下，于2003年2月重新加入。中國也在同日正式入盟2006年6月，在計

2、劃提出20年，選址耗時18年后，ITER的建設(shè)地點終于花落法國南部。歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國、印度、中國共投資100億歐元，開始工程建設(shè)。 預(yù)計2016年建成。它將成為世界第一個產(chǎn)出能量大于輸入能量的核聚變裝置，為制造真正的反應(yīng)堆作準備。這是一個事關(guān)世界未來能源安全的重大國際合作項目，其意義不亞于人類基因組計劃和國際空間站。目前, 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展，室溫半導(dǎo)體低溫探測器在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究和低溫科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日趨成熟, 廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)各個方面和航天科學(xué)技術(shù)和醫(yī)療等不同領(lǐng)域, 還形成了不少邊緣學(xué)科, 如低溫電子學(xué)、低溫生物學(xué)和低溫醫(yī)學(xué)等, 因此低溫科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將會有力地促進其它科學(xué)

3、技術(shù)的發(fā)展。航天器地面試驗需要模擬空間的冷黑和高真空環(huán)境，也包括發(fā)動機大量高溫排氣的處理以保持實驗艙環(huán)境的問題。在最近20 年, 許多承擔宇宙物理學(xué)探測任務(wù)的航天器使用了低溫設(shè)備, 它們的高溫區(qū)為10 K100 K, 如1983 年發(fā)射的紅外宇宙探測衛(wèi)星( IRAS: Infrared Astronomical Satellite) 、1989 年發(fā)射的宇宙背景探測器(COBE: Cosmic Background Explorer) 、1995 年發(fā)射的紅外空間探測器( ISO : Infrared Space Observatory) 等; 還有許多待研究或正研究的新空間任務(wù), 將開展低溫

4、技術(shù)在空間探測的實驗研究, 如Herchel/ Planck、SIRTF、NGST 等。在一些軍事探測衛(wèi)星(如Helios) 、地球觀測衛(wèi)星(如Spot) 、氣象衛(wèi)星(如MSG) , 它們的紅外探測器工作溫度約為85 K左右。美國能源部2013年11月公布了二十年中長期大科學(xué)工程發(fā)展規(guī)劃，共28項，擬投資120億美元。這些大工程項目中的80%是以低溫與超導(dǎo)技術(shù)工程基礎(chǔ)的。這也說明，室溫半導(dǎo)體低溫探測器在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究是對一個國家非常重要。是關(guān)系一個國家的航天科學(xué)技術(shù)，因此在我國也大力投資航天領(lǐng)域應(yīng)用及研究。我國的空間制冷技術(shù)經(jīng)過40多年的發(fā)展，已研制成功了空間輻射制冷器、斯特林制冷機、脈沖

5、管制冷機、固體制冷器、逆布雷頓制冷機等多種制冷設(shè)備，取得了一系列重要成就，建立了完整的航天工程體系。目前輻射制冷器依然是我國實用型遙感衛(wèi)星的主要制冷方式。如西安交通大學(xué)在逆布雷頓制冷技術(shù)研究方面也進行了探索；在深低溫機械制冷技術(shù)研究方面，浙江大學(xué)和中科院理化所采用多級脈管制冷機正在進行探索。中科院理化所研制的雙級脈管制冷機，最低制冷溫度已經(jīng)達到16.1K，在20K可以提供80mW制冷量,輸入功率200W。浙江大學(xué)研制的斯特林型兩級脈管制冷機最低制冷溫度達到14.2K。然而，在空間極低溫制冷溫區(qū)，我國還處于一片空白。2發(fā)展趨勢室溫半導(dǎo)體低溫探測器在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究，是將來運用在航空領(lǐng)域和醫(yī)療等

6、多方面技術(shù)指標，也是世界科學(xué)領(lǐng)域任務(wù)重中之重，也是促進人的進一步了解地球以外的物質(zhì)和生物。低溫探測器將來用于醫(yī)療各方面，利于人類的發(fā)展和空間和軍事技術(shù)，例如；箭推進劑：液氧、液氫。液氫液氧發(fā)動機推力比煤油液氧強大約30%，已用于土星5號運載火箭完成登月任務(wù)。美國單臺氫氧發(fā)動機推力已超過2MN和液固氫混合物（氫漿或膠氫）。空間設(shè)備的地面模擬試驗：航天器地面試驗需要模擬空間的冷黑和高真空環(huán)境，也包括發(fā)動機大量高溫排氣的處理以保持實驗艙環(huán)境的問題以及空間紅外遙感遙測:光電子器件在低溫下,熱噪聲低、靈敏度高、運行速度快 。這種發(fā)展趨勢下去，人類的生活更加美滿。從國外航天技術(shù)發(fā)展來看，由于空間宇宙背景的

7、“冷黑”條件，為了實現(xiàn)有效觀測與探測，均把低溫制冷技術(shù)作為關(guān)鍵的一項技術(shù)進行開發(fā)。從制冷技術(shù)的發(fā)展來看，從早期以被動制冷方式為主，逐步向多級機械制冷機為主的主動式制冷方式轉(zhuǎn)化；從單一的制冷方法向多種制冷方法復(fù)合制冷方式轉(zhuǎn)變。在極低溫區(qū)從開式制冷向長壽命的閉式循環(huán)制冷方式轉(zhuǎn)化；從間斷工作向連續(xù)工作方式轉(zhuǎn)化。在空間低溫技術(shù)研究方面，我國與國外先進技術(shù)的差距很大。隨著我國空間技術(shù)的發(fā)展，為低溫科技工作者帶來機遇與挑戰(zhàn)，不僅要為航天器提供滿足工作溫度要求的可靠冷源，還要掌握低溫制冷系統(tǒng)的空間應(yīng)用與熱集成技術(shù)，有效地解決制冷設(shè)備的安裝與散熱、與冷焦面耦合技術(shù)、電磁兼容性、工作模式和系統(tǒng)控制等問題。根據(jù)不

8、同的冷卻對象和要求，進行系統(tǒng)綜合設(shè)計，滿足各類長壽命航天器空間應(yīng)用要求。同時應(yīng)開展相關(guān)技術(shù)的研究工作，包括深低溫制冷技術(shù)、被動熱控制技術(shù)、低溫傳熱技術(shù)、高效絕熱技術(shù)、低溫測試技術(shù)、低溫過程材料等。在空間超流氦制冷技術(shù)研究方面，應(yīng)加大投入，進行系統(tǒng)研究，綜合考慮空間應(yīng)用的特殊因素，提出總體技術(shù)方案和實施途徑，并加以實施。在現(xiàn)有機械制冷技術(shù)基礎(chǔ)上，及時啟動空間多級機械制冷技術(shù)研究工作，以滿足未來深空探測技術(shù)的需求，為其空間應(yīng)用做好技術(shù)貯備。我相信未來國內(nèi)外空間低溫制冷技術(shù)的發(fā)展歷程與最新研究進展，國內(nèi)空間低溫制冷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀將會給人帶來無限的期望，為人類里程牌筑起一道新的長城。二、研究內(nèi)容、方法

9、和技術(shù)路線（包括工藝流程）：1.空間低溫制冷技術(shù)（一）航天器的低溫系統(tǒng)的設(shè)計 航天器的低溫系統(tǒng)的設(shè)計考慮低溫裝置對航天器或儀器的結(jié)構(gòu)布局有重要影響, 在進行低溫制冷系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮的因素如下：( 1 ) 航天器從發(fā)射到完成任務(wù)所經(jīng)歷的力學(xué)環(huán)境和熱真空環(huán)境，具有較強的環(huán)境適應(yīng)能力( 2 ) 制冷功率、體積、質(zhì)量、功耗等制冷機所需的電功率與航天器電源能力相適應(yīng), 制冷機必須考慮熱量提升問題;( 3 ) 低溫部分必須有合理的支撐, 與航天器的室溫服務(wù)艙需要絕熱設(shè)計, 還需屏蔽太陽或地球輻射的防護設(shè)計。溫度越低, 絕熱設(shè)計的要求越高;( 4 ) 在航天器服務(wù)艙與低溫部分必須有各種通道, 如傳感器的光通

10、道、信號線通道、溫度傳感器通道和加熱器通道等;( 5 ) 為了操作低溫載荷, 需要一些低溫輔助設(shè)備, 如熱沉、熱開關(guān)、過濾器和溫度測量裝置等;( 6 ) 應(yīng)考慮系統(tǒng)的可測試性, 如儀器性能測試和載荷制冷系統(tǒng)的測試;( 7 ) 整個系統(tǒng)必須抗擊由火箭所誘發(fā)的振動, 這對制冷機和儀器的設(shè)計提出了很高的要求, 如從發(fā)射角度來考慮, 需要一個比較大的支撐橫截面; 對絕熱要求角度來考慮, 又要求支撐橫截面小, 需要在它們間進行技術(shù)折中處理;( 8 ) 制冷機必須在零重力狀態(tài)下工作;( 9 ) 系統(tǒng)所采用的材料必須滿足空間和低溫環(huán)境的要求;(10) 設(shè)備的壽命必須與任務(wù)周期相適應(yīng), 甚至超過任務(wù)周期;(1

11、1) 空間微重力工作狀態(tài) ;(12) 自身產(chǎn)生的振動、噪聲和電磁干擾小;（二）、空間制冷系統(tǒng)的概況制冷機吸收冷端熱量, 然后在熱端通過輻射把這部分熱量向空間排放, 例如, 通過輻冷器把熱量直接向空間排放, 或者通過泵做功把低端熱量向高端排放。一般有開式和閉式的熱泵循環(huán)系統(tǒng)兩種方法。開式循環(huán)是利用所儲存的制冷劑的汽化來帶走熱量, 由于不做功, 所以不產(chǎn)生熱量, 但需釋放氣體, 系統(tǒng)的壽命取決于需要帶走的熱量和制冷劑的儲量; 閉式循環(huán)通過制冷機的做功, 把冷端熱量帶走。目前, 適應(yīng)空間應(yīng)用的制冷機有: 斯特林制冷機和脈沖管在50 K100 K溫度范圍內(nèi)能產(chǎn)生約為1 W的制冷量; 在15 K20 K

12、溫度范圍內(nèi), 兩級斯特林制冷機能產(chǎn)生100 mW的制冷量; 在4 K溫度上, Joule2Thomson 制冷機能產(chǎn)生幾個mW的制冷量; 還有極低溫度的制冷機, 如3He 吸收式低溫制冷機、稀釋制冷機和絕熱退磁制冷機(ADRA : diabatic Demagnetisation Refrigerator) 等。在100mK1 K溫度范圍, 在這些制冷機需要預(yù)制冷系統(tǒng); 在T 50 K高溫范圍, 采用單級制冷機就能達到所需的溫度要求; 對于較低溫度系統(tǒng), 需采用多級制冷機或不同類型制冷機的組合。2.空間低溫傳感器(一)、低溫傳感器低溫傳感器在空間應(yīng)用主要用于空間物理學(xué)和行星科學(xué)的研究。在空間探

13、測方面所采用的低溫傳感器常選用低溫光子傳感器, 與傳統(tǒng)傳感器相比, 低溫光子傳感器具有兩個重要特點: 靈敏度高和能量分辨率好。一般用靈敏度和能量分辨率兩個指標來評價低溫光子傳感器的性能。靈敏度可用噪聲等效功率(NEP) 表示, 即指在信噪比不變的情況下所需要的輸入功率數(shù)。能量分辨率可用解析能力表示, 即E/E = /,E 為傳感器對一個單色激勵響應(yīng)最大能量的一半(E =max E/ 2) 。在表1 介紹了一些典型低溫光子傳感器的能量耗散、工作溫度和傳感器尺寸等參數(shù)。1965 年美國貝爾實驗室的青年科學(xué)家Penzias 和Wilson 在研究銀河系輻射源實驗的接收系統(tǒng)中, 探測到一個輻射溫度為3

14、 K的宇宙微波背景輻射源, 這說明宇宙空間是一個背景溫度約為3 K、吸收率為1 的冷黑空間。1983 年用IRAS 衛(wèi)星上探測器對銀河系的冷體進行探測, 發(fā)現(xiàn)在銀河系存在20 K30 K的冷體, 這些冷體被證明是星際塵埃。遠紅外天文傳感器所調(diào)查物體的溫度比可見光/ 近紅外天文傳感器所觀測物體的溫度低,因為在低溫和低光子通量情況下, 半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率受到被吸收的IR 光子的影響, IR 光子能夠引起雜質(zhì)和自由電荷載體電離。表1 低溫光子傳感器和SQUIDs 傳感器的主要特性傳感器類型工作溫度范圍/ K能量耗散范圍/ W像素/m陣列/ n n波段MinMaxmin maxGe 晶體 501000

15、010000 10射線Si CCD 150 - 2003000.12010 - 301X/可見光STJs0.0111120-301-2熱量計0.050.311100 100XTESs0.050.311100 100X2UV2Vis2近紅外SQUIDs(LTS)1411NaNa讀數(shù)/ 加速度計亞毫米輻射熱計0.10.311100 - 500 100Sub2mm光敏電阻2NIR301000.010.0230 - 501近紅外光敏電阻2MIR2200.010.0250-1001中紅外光敏電阻2FIR120.0010.00350-1001遠紅外(1) Ge : Ga 傳感器在ISO 航天器上安裝的一個

16、寬帶光度計, 其傳感器為Ge : Ga 傳感器。在等照度線的情況下, 為了得到10 - 18 W/ Hz1/ 2量級的NEP 值, 配置了工作溫度為2 K的低噪聲CMOS 前置放大器和多路調(diào)制器。(2) 中子突變摻雜(NTD : Neutron2Transmutation2Doped) 型Ge 傳感器傳感器的NEP 是10 - 17 W/ Hz1/ 2量級, 工作溫度范圍為100 mK300 mK。該傳感器將安裝在ESA 的Planck 航天器上。 (3) 光敏電阻傳感器(Photoconductor)在整個紅外( IR) 波段探測技術(shù)應(yīng)用中, 主要以光敏電阻傳感器為主。典型光敏電阻工作溫度為

17、T 3 K。在近紅外波段(1m5m) , 主要采用PtSi 、HgCdTe 和InSb 光敏電阻傳感器。這些傳感器工作溫度范圍35 K77 K, 已在哈勃望遠鏡上使用。(4) 亞毫米輻射熱計(Sub2millimeter bolometer)輻射熱計用來探測亞毫米光子。在亞毫米波段范圍, 在頻率高達500 GHz 情況下, 差頻振蕩器接收機仍有很高的靈敏度。SIS (Superconductor - Isolator - Superconductor) 型接收機設(shè)備(如Nb 基超導(dǎo)隧道結(jié)) 比傳統(tǒng)的肖特基二極管系統(tǒng)性能更好, 工作溫度在2 K左右。在頻率高于500 GHz 時, 熱電子輻射熱計

18、(HEB) 可與下一代SIS 型和肖特基二極管型的差頻振蕩器接收機比擬。在這些設(shè)備上, 工作溫度范圍為013 K70 K。這些設(shè)備將在ESA 的Planck 和Herschel 空間任務(wù)中采用。(5) 超導(dǎo)隧道結(jié)(STJ : Superconducting tunnel junction) 和躍遷晶面?zhèn)鞲衅?TESs : Transi2tion Edge Detectors)新一代的光子傳感器以超導(dǎo)隧道結(jié)(STJ ) 和躍遷晶面?zhèn)鞲衅?TESs : Transition Edge De2tectors) 為代表。STJ s 傳感器工作溫度范圍為011 K015 K (與超導(dǎo)材料有關(guān)) , 超導(dǎo)

19、材料的響應(yīng)性在104e - / eV 量級上, 解析能量在= 500 nm 時在10 的量級上, 最大計數(shù)率在104 粒子/ 秒的量級上。躍遷邊界探測(TESs : Transition Edge Detectors) 傳感器工作溫度為011 K,也有非常顯著的響應(yīng)性、可比能量分辨率和103 粒子/ 秒的計數(shù)率水平。STJ s 和TESs 傳感器能在大的光子能量范圍內(nèi)工作, 在紫外和X 射線區(qū)域也有很好的性能, 它們的主要優(yōu)勢是有非常高的探測效率(幾乎100 %) , 有非常好的光子計數(shù)和光譜能力, 和好的成像分辨率(每個像素的尺寸為20m) 。對于STJ s 傳感器, 在單色激勵能6 keV

20、 下, 有一個15 eV 的能量分辨力; 而TESs 傳感器, 在單色激勵能6 keV 下, 獲得一個更好的能量分辨力(只有幾個eV) 。(6) 超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID : Superconducting Quantum Interference Device)在重力梯度計的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID) 主要用于低地球軌道和行星空間任務(wù)的探測和科學(xué)實驗。除了用于測繪重力強度外, 超導(dǎo)量子干涉儀可用來證明著名的“等效原則”, 即重力質(zhì)量和慣性質(zhì)量的一致性。到目前為止, 以低溫超導(dǎo)傳感器為基礎(chǔ)的SQUID 設(shè)備, 其工作溫度在4 K附近, 以高溫超導(dǎo)傳感器為基礎(chǔ)的SQUID 設(shè)

21、備, 其工作溫度約為77 K。SQUID 式加速度計是唯一能夠獲得所需要的精度要求設(shè)備。SQUID 設(shè)備用于STEP (ESA) 和LISA (NASA) 等空間任務(wù)。（二）、空間制冷機介紹2.1、空間制冷器(1) 輻冷器空間所有物體的紅外輻射能量與物體的表面積S 、表面發(fā)射率和物體溫度T 的4 次方成正比。深空環(huán)境背景溫度約為T0 = 2173 K, 可認為是理想黑體。輻射能量Qrad可用下列公式表示:Qrad = S F( T42T04) S FT4其中, 為Stefan 常數(shù); F 為形狀系數(shù), 一般F1。輻冷器是最有效的、最簡單的和最可靠的空間制冷器。在100 K以上溫度范圍, 輻冷器

22、的效率很高。在低于100 K溫度下, 由于需要增強絕熱措施, 導(dǎo)致了寄生熱負荷增加, 反而使其性能下降; 另外也受到空間大小限制, 在航天器上要安裝一個多于幾平方米的輻冷器是很困難的, 在一個航天器上最多做到三級; 輻冷器還要考慮方向的影響: 太陽輻照常數(shù)為114 kW/ m2 , 地球紅外輻射和反照的能量300 W/ m2 , 為了有效地輻射, 輻冷器應(yīng)避開各種直接輻照, 一般布置在朝向深空方向, 為此嚴格地控制航天器姿態(tài), 并設(shè)置障板和防護措施,避免不必要的輻射。輻冷器的工作溫度和制冷量受航天器軌道的限制。對于低地球軌道航天器(如地球觀測衛(wèi)星) , 工作溫度約為100 K, 制冷量低于1

23、W/ m2 ; 對于地球同步軌道航天器(如通信衛(wèi)星) , 工作溫度為75 K90 K; 對于更高軌道航天器(如拉格朗日點) , 由于地球輻射的影響可以忽略, 輻冷器的結(jié)構(gòu)變得更為簡單, 溫度更低, 性能更好(例如Planck 任務(wù), 制冷量約為2 W, 溫度約為50 K; 例如NGST或Darwin 任務(wù), 制冷量為200 mW, 溫度約為35 K) 。(2) 制冷劑貯存式制冷器一臺制冷劑貯存式制冷器由制冷劑容器、真空容器(內(nèi)放置制冷劑容器, 合起來可稱杜瓦) 、充液管路、排空管路、熱屏或多層絕熱措施、一些接口和測量儀器等組成。ISO 真空容器在空間溫度為110 K; Herschel 真空容

24、器在空間設(shè)計溫度為77 K; SIRTF 真空容器在空間溫度為5 K。制冷劑攜帶量取決于任務(wù)周期和熱輸入載荷。制冷劑的選用取決于所要求的最低工作溫度。最廣泛選用的制冷劑有: 超液氦或超臨界氦、固體氫和固體Ne 。對于低溫系統(tǒng), 為了優(yōu)化制冷劑質(zhì)量, 比較感興趣的是雙制冷劑系統(tǒng), 如氮氣和氦氣, 或氫氣和氦氣。表2 為不同空間任務(wù)所選用的制冷劑。 表2 不同空間任務(wù)所選用的制冷劑空間任務(wù) 制冷劑IRAS , COBE , ISO , Herschel , SIRTF超液4HeIBSS , STEP超臨界4HeWIRE固態(tài)氫氣XRS on ASTRO2E固態(tài)氖NICMOS固態(tài)氮氣2.2、空間絕熱技

25、術(shù)絕熱的目的是限制冷端的熱載荷并使之滿足與制冷機熱提升相適應(yīng)的水平。在滿足任務(wù)要求前提下, 如何使熱載荷最小是絕熱設(shè)計要解決的問題。通過絕熱設(shè)計(如采用低熱傳導(dǎo)的支撐結(jié)構(gòu)、多層絕熱結(jié)構(gòu)和防護措施(如V 型槽防護) , 降低熱載荷的損失。應(yīng)考慮在空間熱傳導(dǎo)和輻射匹配的問題。3. 工藝流程制冷系統(tǒng)的組織1.工藝流程：制冷系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)2.輔助以：空分凈化系統(tǒng)、加溫、防爆、儀控（一）、制冷系統(tǒng) 目的：（1）創(chuàng)建低溫 氣體液體分離 （2）維持低溫：與吸傳熱溫差不可逆，傳質(zhì)分離的建立，跑冷損失，生產(chǎn)液態(tài)產(chǎn)品。如果完全生產(chǎn)氣態(tài)產(chǎn)品，無不可逆損失，正常運轉(zhuǎn)無需附加冷量。方法：通過節(jié)流的絕熱膨脹制冷

26、量=等溫節(jié)流效應(yīng) 通過膨脹機的等熵膨脹制冷量=膨脹焓降+節(jié)流效應(yīng) 膨脹制冷量大得多， 但不能產(chǎn)生液體（低壓中膨脹制冷占：85-90% 中壓流程中，節(jié)流制冷量會大。（二）、低壓流程制冷系統(tǒng)1）耗能低：14002100 壓力：0.50.6MPa采 用：離心壓縮機，透平膨脹機，緊湊換熱器，液化器，過冷器。 特 點：空氣由下塔入換熱器環(huán)流復(fù)溫，膨脹進上塔典型系統(tǒng) 改 變：（1）加液化器調(diào)節(jié)膨脹機入口氣流溫度、氣量 （林德） （2）來自入塔前的空氣，理論相同，節(jié)省管路，但CH進入塔多（日立） （3）增加膨脹后的溫度，使上塔更穩(wěn)定注 意：膨脹氣進上塔，對上塔影響很大。（1）減少膨脹氣量，對精餾有利，氧提取

27、率，所需塔板數(shù)也少。但：系統(tǒng)跑冷大膨脹量必然大。復(fù)熱不足（傳熱溫度大）膨脹量必然大。（2）提高膨脹進口溫度，制冷量會增加，“高溫高焓降”，但其出口塔溫度相適應(yīng)。2）制冷量調(diào)節(jié)： （1）調(diào)節(jié)膨脹空氣量（效率不變，焓降不變）噴咀分組，每組由閥門控制：25%、50%、75%、100%轉(zhuǎn)動葉片傾角，改變流體通道面積 2025%范圍多臺膨脹機，分別控制開啟停止。機前調(diào)節(jié)閥風機制動時，用風機氣量改變透平轉(zhuǎn)速。（2）調(diào)節(jié)入口氣流溫度（方便，但改變了機效率）改變環(huán)流氣量，（環(huán)流氣+下塔經(jīng)過液化的旁通氣混合）改變機前換熱器的污氮氣量（冷源氣）3）流程組織：（1）低壓流程中，膨脹氣體來自下塔，膨脹后進上塔或排出冷

28、箱空氣膨脹：進上塔，如不進上塔，氧氣提不了，降低氧提取率。氮氣膨脹：排出系統(tǒng) （2）上塔精餾工況：氣液比（）大傳熱、傳質(zhì)動力大不可逆損失大，系統(tǒng)效率低考慮使上塔 （a）空氣膨脹：下塔冷凝液少，進入上塔的液體量少膨脹后空氣進上塔拉赫曼氣體 （b）氮氣膨脹：下塔冷凝液少，進上塔的液體量少兩種氣體膨脹的簡單流程圖（3）制冷系統(tǒng)與精餾系統(tǒng)相結(jié)合小型裝置：空氣膨脹大型裝置：氮氣膨脹上塔縮小；膨脹后氣體溫度對精餾影響?。恢评淞看笈蛎洐C更安全可靠；改變膨脹量時，對氧提取率影響大。膨脹氣量以及汽液比對精餾的影響 汽液比塔板數(shù) 塔板一定時，產(chǎn)品純度氧提取率能耗 產(chǎn)品純度一定時，塔板數(shù)阻力能耗所以膨脹量：影響制冷

29、量，1525%占加工空氣量的比例，影響精餾工況，環(huán)流氣 5 10 10 480 （4）適應(yīng)空間應(yīng)用的透平壓縮機 10 15 50。 1、階段目標：全面分析室溫半導(dǎo)體低溫探測器在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究，在外太空如何利于低溫探測器測量航天器運作狀況等，起到保護航天設(shè)備安全。 2、最終目標：(1) 室溫半導(dǎo)體低溫探測器在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究促進航天領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)發(fā)展，為人類建設(shè)航空行業(yè)做出積極貢獻。實現(xiàn)自動化， (2) 實現(xiàn)自動化，實現(xiàn)航空工作任務(wù)效率和質(zhì)量。 （二）經(jīng)濟指標：經(jīng)濟指標是指國民經(jīng)濟各部門、企業(yè)、生產(chǎn)經(jīng)營組織對各種設(shè)備、各種物資、各種資源利用狀況及其結(jié)果的度量標準。降低航天探測器成本達30%5

30、0%。節(jié)省材料、能源、設(shè)備、人力、時間等。為航天事業(yè)做出了積極貢獻。（三）社會效益：隨著人類科技發(fā)展，農(nóng)業(yè)、工業(yè)和現(xiàn)代化生活對人類生存環(huán)境的破壞, 今后日益頻繁的空間軍事、空間探測和空間開發(fā)活動, 對于脆弱平衡的空間環(huán)境會產(chǎn)生什么影響? 會不會導(dǎo)致人類的最外保護層磁層結(jié)構(gòu)的變化、以及太陽風和太陽活動能量傳輸渠道的變化? 會不會導(dǎo)致大海結(jié)構(gòu)和成分的變化和地面紫外輻射的劑量增加? 會不會引起地球氣候的長期演變、引起地球環(huán)境發(fā)生災(zāi)難性的改變, 使人類蒙受災(zāi)難? 人類如何探索和克服這種偏離平衡的可能性及其應(yīng)變能力? 對于這樣一些全人類面臨的重大問題, 都將是空間物理學(xué)義不容辭的重任。開展空間探測活動又

31、是空間物理學(xué)的一項重要的基礎(chǔ)工作。國外發(fā)達國家制定了空間物理學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略, 也制定了開展空間探測活動的實施計劃。我國在20 世紀90 年代, 也制定了空間物理學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略, 也提出了一些重大研究課題。 四、項目（課題）計劃進度（按年月詳細填寫）：起 止 年 月計 劃 要 求2013年9月25日2013年9月27日2013年9月282013年10月3日2013年10月4日2013年10月7號2013年10月8日2013年10月13日 查找資料，關(guān)于研究室溫半導(dǎo)體低溫探測器在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究，開展空間探測活動的實施計劃國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢等。 熟悉并掌握低溫探測器在航天領(lǐng)域的基本結(jié)

32、構(gòu)、構(gòu)成材料、生產(chǎn)工藝及優(yōu)缺點等。 熟練掌握室溫半導(dǎo)體低溫探測器在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究技術(shù)工藝流程及設(shè)備構(gòu)成等 了解和掌握室溫半導(dǎo)體低溫探測器在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究基本制作原理，成產(chǎn)工藝流程，產(chǎn)品優(yōu)缺點等 五、現(xiàn)有人才、技術(shù)、物質(zhì)基礎(chǔ)條件（包括本課題做過哪些前期工作），現(xiàn)有儀器設(shè)備、水電、燃料、材料、環(huán)保等條件：（1）項目設(shè)備與技術(shù)儲備在航天器上的一些關(guān)鍵低溫輔助設(shè)備包括: 高熱傳導(dǎo)連接(或熱橋) 、熱開關(guān)、高熱容量設(shè)備、經(jīng)過空間資格認證的低溫傳感器、壓力表、水平儀、流量儀、低溫過濾器、觀察窗、低溫機械(如遮光器、濾光輪和光柵設(shè)備) 、特殊油漆和涂料、低溫電線和電纜。例如，Planck 任務(wù): 在ESA 的Horizon 2000 科學(xué)計劃中, Planck 是第三大科學(xué)飛行任務(wù)。它的主要目的是對整個太空的宇宙微波背景的溫度進行測量, 測量要求: 溫度靈敏度(T/T) = 2 1、角分辨率為10 弧分(arcmin1) 。要達到這個目的