热电制冷技术在航空航天领域大显身手

近日，搭载神州十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心成功发射。

本次任务相较于神州十二号任务时间跨度更长，足足有半年之久。时间跨度的延长也意味着宇航员执行的任务更多，更广泛，这不仅是对宇航员的考验，也是在验证空间站的建造以及运营技术。

那么，半导体热电技术在航天航空领域又是如何发挥其自身作用的呢？这就需要从半导体热电技术的原理和特点说起。

半导体热电技术有哪些特点呢？

在各种冷却技术中,半导体热电制冷器由于其具有体积小、重量轻、作用速度快、可靠性高、寿命长、无噪声和无需维护等特点,近年来在国内外得到广泛的重视。

另外,热电制冷属于固态制冷,抗震性能优良,尺寸精确,特别适合替代超重状态下不能使用的常规制冷方式。目前,热电制冷器在航空航天领域已开始获得实际应用,并且发展迅速,有取代机械制冷的趋势。

半导体热电技术具有哪些优势？

在所有的冷却系统中,热电制冷系统是唯一一种仅由一个元件组成的冷却系统。传统的机械制冷单元是通过压缩机使制冷剂循环从而从系统中吸收热量,包括压缩机和循环系统两部分。

尽管两种冷却系统遵守同样的热动力学原理,但热电制冷显然具有者多突出的优点:结构简单、体积小、重量轻;作用速度快;可靠生高;寿命长;无噪声等。

此外,热电冷却不需要象机械制冷那样不断填充化学消耗品,没有活动部件,也就没有磨损,因此不需要维护,无污染,成本低,同时又具有小功耗的特点。由此可见,热电制冷是一种理想的制冷方法,在对许多器件(如CCD)的冷却中有逐渐取代机械制冷的趋势。

热电模块不仅可以制冷,而且在改变输入电流方向后还具有加热功能。这一特征使热电制冷器可以更为理想地控制温度或在工作中根据需要加热或冷却介质,从而有利于实现智能温控。

如果建立一个良好的热量管理系统,利用热电模块可以实现精确的温度控制(±0.1℃);采用同一个模块进行加热或冷却;实现低于环境温度的冷却;实现点冷;实现较宽的温度控制范围(-100～80℃);在任何方向均可工作,不需地心引力,可以在空间使用。

热电制冷技术的应用非常广泛。在武器装备方面，国外将半导体制冷技术用于红外制导的空对空导弹红外探测器探头的冷却，以降低工作噪音，提高灵敏度和探测率。例如，俄罗斯米格战斗机配备的AA-8和AA-11系列导弹就采用热电制冷对红外探测系统进行温控。

由于热电制冷的抗震性能极好，它还经常应用于不能采用常规制冷的地方，如热电制冷片用于冷却安装在喷气式战斗机翼尖的无线电设备。

热电制冷技术在航空空间探测方面也有许多应用，如人造卫星、太空探测器与无人遥控设备上。1995年由多国科学家组成的小组针对罗塞塔着陆器提出了一个拥有11个传感器分系统的先进组件方案，将一个二级热电制冷器直接放在传感器石英晶体后面，根据需要对晶体进行加热或冷却。