脉冲管制冷机的冷头没有运动部件，具有结构简单，可靠性高，振动小等优势，逐渐成为替代斯特林制冷机的新一代应用在空间红外领域的小型低温制冷机。近年，随着红外器件的不断发展，需求的冷量越来越大。目前来说，制冷机的冷量越大，就意味着制冷机的体积与重量也同比增大。然而，航天器件的载荷是有限的，过于笨重的制冷机已然不能满足航天的需求。因此，亟需研制轻量化的空间大冷量制冷机。
基于先进超高频技术，在微型低温制冷机领域的成功应用。我们尝试将超高频技术拓展到了大冷量制冷机领域，通过提高制冷机功率密度的方式，降低制冷机的重量，同时保持制冷机的制冷量与效率基本不变。
首先，在现有成果的基础上，利用商业设计软件，优化了制冷机冷指的尺寸、填料方式、充气压力、调相机构等重要参数。随后设计加工了一套高频制冷机的冷指，并匹配实验室自研的小型线性压缩机，进行了必要的实验优化工作。
图1 实验样机照片
成功研制了一款轻量化的大冷指同轴型脉冲管制冷机实验样机。如图1所示，该实验样机运行在78Hz，整机重量仅为2.3 kg。（其中压缩机重约1.3 kg，冷指及调相机构重约1.0 kg）。
如图2所示，为该制冷机的制冷性能的实验与理论设计值的对比图。该实验样机能够在液氮温区提供约6W的制冷量。单位质量的制冷量可达2.6W/kg，目前制冷机的单位质量的制冷量均在1.5W/kg以下，因此该实验样机在轻量化方面已达到领先水平。
大冷量制冷机的轻量化工作，已初见成效，然而作为研发的初代产品，仍有一些不足之处。例如，该轻量化实验样机的制冷效率仍低于常规液氮温区制冷机的效率；该制冷机的运行频率仅为80Hz左右，仍有进一步提升的空间，这也意味着制冷机的功率密度仍有很大的提升空间；将实验样机转化为工程产品，这之间仍有很长的路要走。
机遇往往是与挑战并存的，该样机的成功研制，打下了良好的基础。也为我们展示了超高频技术在轻量化方面的巨大潜力。面对航天领域对制冷机轻量化的迫切需求，下一阶段，我们将继续加大研发力度，解决关键难点，进一步提高轻量化制冷机的制冷效率，缩小制冷机的体积与重量。并积极开展样机的实用化工作。
