■采访人员 倪思洁
这是个看上去极不起眼的东西 。 它只有巴掌大小 ， 掂在手上有些沉 。 它的造型挺特别 ， 一根细细的金属管像根扁担一样 ， 挑着两头有些粗的金属柱体 ， 其中一头的金属柱体上还接着半截比小拇指略细的管子 。
中国科学院理化技术研究所（以下简称中科院理化所）研究员赵密广说 ， 现在要做出这个东西 ， 大概要花上百万元人民币 。 不过 ， 在2000年之前 ， 无论花多少钱 ， 国外都不肯把它卖给中国 。
它就是曾经困扰中国光学遥感卫星数十年的“降温神器”——宇航级脉冲管制冷机 ， 一个可以将局部温度快速降低到零下200摄氏度 ， 而且好多年都不会损坏的高科技产物 。
它在中国的诞生和发展 ， 得益于中科院科研人员的一场“长跑” 。
几分钟降温到零下200摄氏度
1月25日 ， 搭载了3台国产脉冲管制冷机的“资源一号02E”卫星成功获取了高质量图像 。 这3台脉冲管制冷机是中科院理化所研制并成功应用于空间项目的第26、27、28台宇航级脉冲管制冷机 。
【宇航级“降温神器”的国产路】新冠疫情让很多人认识了“红外测温”技术 。 当人体经过热像仪时 ， 身体上热的地方会显示出红色 。 为了给地球和大气测温 ， 不少气象卫星上也装上了红外探测器 。 只不过 ， 由于距离目标探测物遥远 ， 卫星上的红外探测器需要保持低温乃至极低温水平 ， 以便探出遥远目标上一丝一毫的热量变化 。
那么 ， 怎样让卫星上的红外探测器处在低温状态呢？科学家们发明出了两类制冷技术 ， 一类是被动式的辐射制冷 ， 是基于高温物体可以向低温物体辐射能量的原理发明的；另一类是主动式的机械制冷 ， 原理是通过机械运动使气体膨胀 ， 而气体膨胀时会出现降温现象 。
“辐射制冷的制冷温度偏高、制冷量小 ， 虽然可以用来冷却小的探测器 ， 却无法满足宇航器件对低温的更高要求 ， 相比之下 ， 机械制冷技术更为可行 。 ”中科院理化所研究员陈厚磊告诉《中国科学报》 。
脉冲管制冷技术就是机械制冷技术的一种 。 1963年 ， 美国科学家偶然发现 ， 当一根中空管子内存在交变压力波时 ， 它的封闭端会发热 ， 沿管轴向可形成很大的温度梯度 ， 基于此 ， 他们研制出了脉冲管制冷机 。 1984年 ， 苏联科学家对脉冲管制冷机进行改造 ， 使其制冷效率提升一大截 ， 相关研究热度也随之升温 。
指着手里的脉冲管制冷机 ， 陈厚磊介绍：“这个跟小拇指差不多的部位 ， 叫‘冷指’（cold finger） 。 这种小的制冷机能在几分钟内就把指尖的部位降低到零下200摄氏度 。 我们把探测器装在指尖上 ， 探测器温度降低之后就可以清楚地去看地球了 。 ”
从理论走向工程
上世纪80年代 ， 中科院低温技术实验中心（中科院理化所组成单位之一）在国内率先开始了脉冲管制冷技术的基础研究 。 到上世纪90年代 ， 他们已经数次创造最低制冷温度纪录 ， 取得一系列原创性成果 ， 还曾获得国际制冷学会“卡皮查奖”和“林德奖” 。
1998年 ， 美国率先将脉冲管制冷机工程化并用于空间项目 。 我国虽然在脉冲管制冷的基础研究方面取得世界领先的成果 ， 但是光学遥感卫星却一直苦于没有自己的空间制冷机 。 “当时研制单位只能进口国外的 ， 而且宇航级制冷机对我国是禁运的 ， 研制单位只能想尽各种办法买地面级制冷机 。 ”赵密广说 。
之所以说“苦” ， 是因为进口的地面级制冷机寿命不到宇航级的1/10 ， 而且经常会出问题 ， 而卫星升空之后 ， 无法像在地面时那样可以随时修理 。 一旦在轨失效 ， 就可能使国家付出巨大代价 。