上世纪90年代后期 ， 在国家杰出青年科学基金、中科院及其他有关部门的支持下 ， 中科院理化所研究团队开始向应用研究整体转型 。 面向国家空间遥感和红外探测领域的重大需求 ， 他们从故纸堆中走出来 ， 开展脉冲管制冷机工程化和空间应用研究 。 从2000年开始 ， 团队获得了国家航天部门的系统性支持 。
从理论走向工程的路上 ， 处处都是挑战 。 “我们要做的是宇航级产品 ， 制冷机未来要在天上工作 ， 必须保证8年、10年乃至更长时间不能坏 。 ”陈厚磊说 。
制冷机中充的是氦气 ， 他们必须通过可靠的焊接和密封技术 ， 保证氦分子极低的泄漏率 。 气体的压缩膨胀靠的是活塞 ， 他们必须让活塞和筒壁之间既接近又不接触 ， 保证活塞在不能用油的情况下不出现磨损 。 活塞运动靠的是平面弹簧支撑 ， 他们必须想方设法保证弹簧不歪 ， 更不能断 。
每一项“必须” ， 都意味着一份压力 。 “当时我们碰到了一些问题 ， 很长一段时间都推进不了 ， 大家士气一度很低落 。 ”赵密广说 。
早晨8点汇总进度 ， 晚上12点下班 ， 就这样 ， 8年时间过去了 。 这8年里 ， 日月星辰见证了他们的攻关之路：他们研制的脉冲管制冷机实现钛合金全焊接；活塞和气缸之间的距离达到微米级别；板弹簧在抗疲劳试验中能够运动100亿次以上 ， 甚至还有一个弹簧的抗疲劳试验“跑”了10多年 ， 至今没出问题 。
28台脉冲管制冷机已上天服役
2008年 ， 在中科院理化所空间功热转换技术重点实验室现任主任梁惊涛研究员的带领下 ， 科研团队研制出我国首台空间长寿命脉冲管制冷机 ， 并成功进行了在轨验证 ， 我国空间制冷机实现了从无到有、从跟踪到进入国际最新一代发展阶段的历史性跨越 ， 我国也由此成为继美国之后第二个掌握空间脉冲管制冷技术的国家 。
此后 ， 红外谱段光学卫星发展的“拦路虎”被一脚踢开 ， 国家一系列卫星型号的规划论证紧锣密鼓展开 。
技术创新催生了需求 ， 需求又反过来促进了技术发展 。 随后十多年里 ， 我国星载红外探测器的发展 ， 对星载脉冲管制冷机不断提出了更高要求 。
2018年5月9日 ， 高分五号卫星发射成功 ， 其搭载了由中科院理化所研制的大冷量长寿命脉冲管制冷机 。
这颗卫星承载了我国首台覆盖可见光、近红外光、短波、中波、长波红外谱段的全谱段光谱成像仪 ， 相较以往的光学探测器 ， 它更大也更重 。 为了适应需求 ， 制冷机项目组大胆采用新方案 ， 将制冷机原本只能承载十几毫米大小、几克重量冷平台的冷指 ， 设计为可以承载百毫米级大小、一公斤重量的探测器组件 。
最初几年 ， 将设计变成现实的道路是坎坷的 。 但是 ， 经历的失败越多 ， 成功的喜悦就越发刻骨铭心 。
“这是国际首创的新型方案！”说这话时 ， 陈厚磊的眼中闪着光 。
2021年12月26日11时11分 ， “资源一号02E”卫星在太原卫星发射中心成功发射 ， 其上搭载的长波红外探测器必须在零下193摄氏度的低温环境中工作 ， 这台探测器比高分五号上的光谱成像仪更大 ， 对脉冲管制冷机冷却面积的要求是高分五号的两倍 。
研制过程中 ， 科研人员遇到了前所未有的难题 。 “‘资源一号02E’卫星的设计寿命为10年 ， 高于以往的8年寿命要求 。 为满足项目需求 ， 我们提出了利用切换装置备份压缩机的方案 ， 在增加有限重量的情况下 ， 大幅度提高了制冷机的寿命 。 ”这款脉冲管制冷机的主任设计师、中科院理化所副研究员刘彦杰告诉《中国科学报》 。