2008年9月，神舟七号飞船发射，我国成为继美国、俄罗斯之后，独立掌握出舱活动关键技术的国家。就在举国欢庆之时，中国科学院理化技术研究所(以下简称理化所)的科学家们却在思考一个关乎中国航天事业持续发展的重要问题。
航天事业要发展，需要依靠推力更大、效率更高、清洁环保的大型运载火箭。液氢液氧作为比推力高且环保的火箭推进剂，在相同条件下能够产生更大的速度增量，采用液氢液氧的火箭发动机效率更高。氢气在-253℃才能变为液态，想生产液氢，先要有大型低温制冷装置。然而，此时的大洋彼岸，美国明令禁止各类机构向中国出口-250℃以下的低温制冷机及核心部件。
“大型低温技术是太空安全体系不可或缺的关键技术之一。”2009年1月，理化所科学家主动向中国科学院请缨，申请攻克大型氢氦低温制冷技术的“堡垒”。
一场大型低温制冷装备国产化的攻坚战悄然开始。
1 前奏：“砸锅卖铁也得做”
低温环境的创造要靠低温制冷机不断把环境内的热量向外抽，同时又不让外面的热量进来。大型低温制冷装备素有“超级低温工厂”之称。它如同超大型冰箱一般，能够将温度降到-253℃以下乃至-271℃超低温，并维持百瓦至万瓦制冷量。
这种“超级低温工厂”是国家重要的战略支撑装备，在航天低温推进剂保障、特种材料提取、氢能利用与氢储能、战略氦资源开采、国家重大科技基础设施等重要领域有不可替代的作用。
正因为这种不可替代性，一些西方国家试图借此锁死中国相关技术的发展。从上世纪50年代开始，理化所老一辈科学家洪朝生院士、周远院士就开启了低温技术研究，尝试突出重围。
然而，直到2009年，国家还未正式为面向新需求的大型低温制冷装置研发项目立项，零敲碎打的小课题无法撑起建制化攻关。相关科学家心急如焚，向中国科学院提出立项建议。
详细了解情况后，院领导当机立断：“还等什么，砸锅卖铁也得做!”中国科学院向理化所特批经费，紧急部署重要方向上的项目。
与此同时，中国科学院相关部门也开始研究大型低温制冷装置是否具备成为国家重大科研装备研制项目的条件。
当时，恰逢国家重大科研装备研制项目试点启动。财政部安排专项资金用于支持重大科研装备的自主创新，并以中国科学院为试点，探索国家财政对重大科研装备自主创新的支持模式。
项目立项论证过程中，长期从事液氢温区低温制冷技术研发工作的理化所研究员李青带着团队反复论证方案。他常常因腰疼而汗透衣衫，却依然在为我国大型低温制冷技术在国际上占有一席之地而努力。他一度住在办公室里，几乎每天都忙到下半夜。
在组织专家进行广泛调研和严格论证的基础上，2010年，财政部和中国科学院共同启动“大型低温制冷设备研制”项目，由理化所牵头攻关，项目经费1.73亿元，李青任首席科学家。
这个项目后来被很多人称为“一期项目”。在该项目的支持下，中国科学家自主研制出一台万瓦级液氢温区制冷设备，突破了高速氦气体轴承透平膨胀机稳定性技术、超低漏率板翅式低温换热器设计和制造技术、高精密油分离技术、气动低温调节阀制造技术及系统集成调控技术五大关键技术。
研制初期，由于国内很少进行大型低温制冷相关设备的设计和制造，国产的压缩机、低温换热器等关键设备的密封性能比需求差两个数量级。项目组在理化所5号楼旁边搭建起一座简易小楼。夏天，大家包扎绝热材料时，汗水哗哗往下流。冬天，大家靠着一个小小的取暖器，手脚冰凉通宵达旦地工作。
功夫不负有心人。2015年4月29日，在李青及其团队的努力下，一期项目通过验收，我国初步具备了自主设计与制造液氢温度级大型低温制冷设备的能力，解决了大型液氢温区低温制冷装备从无到有的问题。
它如同一把钥匙，开启了中国大型低温制冷装备国产化的大门。而对于科学家来说，他们的征途才刚刚开始。
2 目标：“还要继续往下降”
从“十二五”时期开始，我国部署了大量大科学装置项目。看着装置一个个“上马”，理化所的科学家们却想得更远。
很多大科学装置需要使用超导设备，包括超导磁体和超导高频腔。为获得良好性能，这些超导设备大多必须在液氦温区(-269℃左右)至超流氦温区(-271℃左右)工作。有人说，“如果没有大型液氦或超流氦温区的制冷装备，大部分大科学装置无异于一堆废铁”。因此，更低温区的低温制冷机成为必需。
当时，国内没有能力生产更低温区的大型低温制冷装备。一些大科学装置项目因为进口产品的供货时间不可控等问题，在争分夺秒的国际科技竞争中陷入被动。
“我们不能只满足于做到液氢温区，温度还要继续往下降，覆盖全温区，降到液氦温区甚至超流氦温区。”理化所时任所长张丽萍与原所长、一期项目总顾问詹文山商量。
以当时的技术能力，大型低温制冷机做到-253℃已属不易。若要降到-269℃甚至-271℃，难度可想而知。大家讨论后决定，从一期经费里“挤”出小部分经费，论证实现全温区大型低温制冷技术的可行性。
在此基础上，理化所于2014年向中国科学院提交报告，申请将项目延续下去。
这份报告被反复修改了不下25次，争论最多的问题是，接下来是“一步一个台阶”还是“一步跨两个台阶”。
“一步一个台阶”，指先立一个项目攻克液氦温区制冷装备，再立一个项目攻克超流氦温区制冷装备。这种做法步子稳，但速度慢。
“一步跨两个台阶”，指只立一个项目，攻克液氦和超流氦温区的装备，研制出一台能同时提供-269℃和-271℃温度的装备。这种做法速度快，但风险高。
起初，大部分人支持走更稳妥的路线。“液氦温区的装置我们有把握，而超流氦制冷机很多人连见都没见过，更别说把它制造出来。”理化所研究员、二期项目常务副总指挥龚领会说。
但国内对制冷的现实需求、国际竞争的胶着局势不等人。中国科学院和理化所最终决定，“一步跨两个台阶”。
2015年，立项申请得到国家认可。在国家重大科研装备研制项目的支持下，二期项目“液氦到超流氦温区大型低温制冷系统研制”无缝衔接，经费为1.87亿元。
龚领会觉得压力大极了。二期项目研制内容包含3种制冷机，一是-269℃温度下冷量为 250 瓦的百瓦级液氦制冷机，二是-269℃温度下冷量为2500 瓦的千瓦级液氦制冷机，三是-271℃温度下冷量为500瓦的百瓦级超流氦制冷机。不仅如此，后两种制冷机还需要集成到一台装备上。
“项目内容多，时间又紧，真怕拿不下。”龚领会坦言。
3 征程：向-269℃进发
不出所料，技术和时间的双重压力让项目难度倍增。
按照计划，研究团队先要研制一台冷量相对小的液氦系统。2016年9月，250瓦液氦系统集成完毕，开始调试。“没承想，全不是那么回事儿。开机一试就出问题，温度降不下去。”理化所时任副所长、二期项目总指挥刘新建说。
讨论会开了无数次，原因查了无数遍，问题却一直没能解决，大家的信心一点点跌到谷底。“干到一半就干不下去了，往下怎么办?”刘新建心里打鼓。
到2017年夏天，大家觉得修修补补的“保守治疗”已无济于事，便决定破釜沉舟：“拆了!重新组装!”
要拆的设备主要是冷箱。从外观看，冷箱像个大罐子，里面有许许多多的零部件，氦气在这里变成液氦或超流氦。
拆装任务在理化所廊坊园区开展。那时，园区还没竣工，厂房刚刚通上水电。为了节省时间，龚领会带着团队几个年轻人，把凉席、被单、水壶、“热得快”和成箱的方便面搬进厂房，就地住了下来。
没日没夜地干了一个多月，他们总算找到了问题。调试进度随之顺畅起来。到2017年10月，250瓦液氦制冷机通过专家验收，关键部件国产化率达100%。
攻关团队信心倍增。基于成功经验，他们进一步研发并完善关键核心设备——高速氦透平膨胀机，集成出2500瓦液氦制冷机。2019年9月，大型液氦制冷系统性能达到设计指标。
(关键字：制冷)
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