红外遥感是空间遥感领域的重要方向之一，随着我国红外技术的迅速发展，红外遥感得到了越来越广泛的应用，包括：气象、海洋、环境、资源、载人航天、探月工程、国家安全等。红外遥感的核心元件为红外探测器，其禁带窄，极易发生电子能级跃迁，只有通过低温制冷对其抑制，才能实现高灵敏度探测。红外遥感仪器升级换代需要长波段、大规模探测器，稳定可靠的深低温、大冷量星载斯特林型机械制冷机是必要保障，因此星载机械制冷机也是红外遥感应用的“助推器”。星载斯特林型机械制冷机作为红外探测器组件的核心部件，通常需要保证5-15年在轨连续工作，直接决定着卫星红外载荷的寿命，发达国家将其定位为核心技术而严格禁运，因此，发展具有自主知识产权的星载制冷机尤为重要。中国科学院上海技术物理研究所是国内红外探测技术的引领者，也是国内少有的能够自主完成红外载荷整机及其核心元部件研制的单位。编制本标准的第四研究室是国内重要的星载制冷机研制基地，也是国内唯一家产品覆盖气动式制冷机、双驱动斯特林制冷机、脉管制冷机（含直线型和同轴型）的研究机构，三大种类均有产品在轨工作，在轨制冷机数量位列全国第一，助力“风云四号气象卫星”等载荷指标达到国际先进水平，有力支撑了上海市航天高科技产业的发展。

 填补国内直线型脉管制冷机应用空白

长线列红外探测器尺寸长，发热量大，为了解决长线列红外探测器的应用难题，研制团队专门研制了星载直线型脉管制冷机，其效率较同轴型更高，且直线冷指的大小热端结构同时提供支撑，提高了组件力学可靠性。

直线型脉管制冷机与长线列红外探测器的耦合存在诸多技术难点，包括：冷头振动干扰、冷指冷缩等。为了实现对探测器低振动干扰，并保证探测器温度场的均匀性，创新地设计了柔性冷链连接冷头与探测器，既降低了制冷机冷头对探测器的干扰，又可以通过多条冷链来保证探测器温度场的均匀性；制冷机在轨开机工作后，冷头将从常温降至95K，冷指冷缩量大，如何避免冷缩形变造成结构损坏，研究人员创新地设计了柔性法兰结构，通过法兰的柔性弥补冷头的冷缩，保证直线冷指可靠性。

直线型脉管制冷机冷却长线列红外探测器的应用，填补了国内空白。研制团队面对来自技术和项目进度压力，夜以继日，以忘我的航天奉献精神，克服重重困难，解决诸多技术难题，并开展大量的测试、可靠性试验以及寿命试验，最终顺利完成了任务。

十年磨一剑，实现技术自主可控

星载制冷机要求在轨5-15年工作寿命，研究团队十年磨一剑，攻克长寿命机理及关键技术，最终掌握了整套星载机械制冷机的核心技术，保障了50余台制冷机全部在轨稳定工作。

根据星载制冷机的长寿命机理分析，总结出了制冷机的四大失效模式：磨损、泄漏、疲劳、污染。通过研究和攻关，掌握了相应的控制技术。

①高精密装配-解决磨损失效：压缩活塞与气缸间隙为微米级，如何保证二者无磨损，是制冷机的关键技术。通过设计微米级高精密定位工装和自创的Q-test检测工具，实现单边数微米且周向均匀的密封间隙，达到无磨损运行。

②超低漏率密封技术-解决泄漏失效：制冷机内部充压高且氦气工质分子量小，极易泄漏，要实现制冷机长寿命，必须保证其超低漏率密封。通过设计和工艺保证，重点解决了银圈密封（为我所独创密封方式）的工艺难点，使得制冷机泄漏率达到10^-9 Pa·m³/s级，密封寿命达到100年以上。

③高可靠板弹簧技术-解决疲劳失效：板弹簧在直线电机的驱动下进行高频往复运动，板弹簧的无疲劳运行是决定制冷机机械寿命的关键。通过提出了极大径轴刚度比的板弹簧涡旋型线设计和防疲劳去应力特殊滚抛工艺，实现了板弹簧的百亿次以上高可靠工作。

④高洁净排气技术-解决污染失效：杂质气体污染累积将使得制冷机性能发生衰减，甚至失效。通过对材料放气率进行测试研究、排气工艺的理论分析和试验研究，提出超高洁净排气工艺，解决了制冷机内部污染问题，可以保证8-15年寿命期内无污染失效。

国内首个星载直线型脉管制冷机规范

制冷机的可靠稳定运行是卫星功能实现的必要保障，各级总体单位和用户也对制冷机非常重视，因此，对制冷机地面检验尤为重要。保障型号项目顺利完成在轨任务，是Q/KYE 01-023-2018《星载直线型脉管制冷机规范》标准制定的主要目的和任务。

本标准根据星载直线型脉管制冷机的特点，在参考相关星载机械制冷机详细规范的同时，提出了众多创新的检验点和检验要求，以保障制冷机的可靠性。检验覆盖了外形尺寸、机械接口、热接口、电接口、重量、外观质量、产品标识、降温时间、制冷量、输入功率、制冷效率、泄漏率、振动干扰、高低温贮存、应力筛选等测试要求；同时规定了贮存条件、运输要求、元器件及标准零、部件要求、工艺要求；并对检验环境条件、检验设备和装置要求、交付检验（含总则、检验程序、检验方法）进行了详细规定。主要创新点包括：热接口、电接口、重量一致性要求、制冷量测试时的散热面温度范围、制冷效率（比卡诺效率）、冷指泄漏率、振动干扰按重量分级规定、高低温贮存后电参数的变化。另外，标准规定的应力筛选温度范围高于同行业国军标，提升了制冷机的适用范围。

该标准系统全面，内容详细，是国内首个星载直线型脉管制冷机规范，填补了国内的空白。

对标国际国内技术指标的创新性及先进性

Q/KYE 01-023-2018《星载直线型脉管制冷机规范》标准规定的制冷效率、泄漏率、振动干扰分级评定、高低温贮存后的前后电参数差异、电接口（绝缘电阻与搭接电阻）、应力筛选温度范围是星载直线型脉管制冷机的重要参数。通过与公开的同类制冷机标准以及国际国内行业标杆的对比，在上述重要参数具备创新性和先进性。

标准规定的制冷效率（比卡诺效率）为提炼的无量纲参数，较单一的制冷温度和制冷量评价更为科学，适用场景更为宽泛。与国内国际标杆相比，达到国内领先，国际先进水平。

标准首次提出冷指漏率指标，保障了红外器件对长效低冷损的要求，保障了产品的可靠性。同时，整机漏率指标达到国际行业标杆水平。

标准规定的振动干扰分级评定指标，有利于给用户提供应用选型依据，振动干扰指标达到国内行业标杆水平。

标准规定的高低温贮存-前后变化差异指标为首次提出，反映制冷机在经历高低温贮存后的充气压力、间隙密封、装配精度的稳定性，保障了制冷机的可靠性。

标准规定的电接口要求为首次提出，规定的绝缘电阻指标保证了产品的可靠性，规定的搭接电阻指标减少了对载荷系统电磁干扰的影响。

标准规定的应力筛选的温度范围指标高于GJB 5029A-2015《斯特林制冷机通用规范》的要求。温度应力筛选能够真实的模拟在轨环境温度的交替变化，高低温连续工作筛选温度范围越宽，可以使得制冷机的应用场合得到拓宽。

取得重大应用成果和社会效益

按照Q/KYE 01-023-2018《星载直线型脉管制冷机规范》研制的制冷机应用于某型号项目的多颗卫星，其中首颗卫星于2017年1月5日发射，制冷机在轨运行稳定，为长线列探测器提供了稳定可靠的低温工作环境，截至目前已连续稳定工作6.5年，正在超期服役，很好地保障了该型号遥感卫星的顺利工作，打破了国外技术垄断，实现了自主可控。由此获得“国家技术发明一等奖”和“上海市科技进步一等奖”各一项，支撑了我国航天强国的建设。同时，标准也服务其他数十颗卫星，为规模化生产提供技术支持，并且支持低温超导、地面红外装备、低温生物医疗箱的应用。

根据上海市战略新兴产业和先导产业“十四五”规划，航天产业是上海市重点发展方向之一，要求到2025年，加强自主创新，推进航天产品产业化，加快全产业链发展和集聚建设，打造航天产业集群。本标准响应了上海市“十四五”规划的要求，研究团队打造了自主可控的星载直线型脉管制冷机产品，并发布了多项专利，有力支撑了上海航天产业的发展和上海“科创中心”的建设。