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气氦制冷系统能提供低于20K的冷源，用它去控制氦板的温度，从而吸附模拟室容器中的残余气体，提高模拟室的极限真空度。内装式深冷泵的优点是抽速大，没有污染，特别是对红外遥感仪器、红外相机、红外地平仪等光学仪器不会产生污染，保证航天器的洁净。
气氦制冷系统的研制，是一项高难度的综合集成技术，它涉及气氦制冷技术、液氮制冷技术、真空技术、传热技术和氦气纯化技术等，还包括精密透平的加工、高速气体轴承的加工、动密封和静密封的工艺等等，同时还应考虑到设备的可靠性和可维修性。如果在设计上有任何考虑不周，都会影响到系统的总体性能，使压力、温度、制冷量和泄漏率不符合设计指标，造成系统运转的失败。
气氦制冷系统的设计原理，一般采用布雷顿循环。布雷顿循环有两种方式，一种为带有液氮预冷的一级膨胀机的循环；另一种为不带液氮预冷的两级膨胀机的循环。
由于空间环境模拟试验总是需要消耗大量的液氮，液氮供应比较方便，所以，在设计20K气氦制冷系统时，采用第一种方式，即采用液氮预冷的一级膨胀机的循环。由于只用了一级膨胀机，比起第二种方式提高了运转的可靠性。
