前言

深空探测是指脱离地球引力场，对太阳系及宇宙空间开展的科学探测活动。作为人类探索未知疆域的重要手段，其核心目标在于研究太阳系与宇宙的起源、演变及现状，揭示地球环境形成机制与空间现象的关联性，同时为开发空间资源、拓展人类生存空间以及实现可持续发展提供科学支撑。从现实与长远视角看，深空探测不仅是21世纪空间科学与技术创新的关键路径，更是推动能源、资源与环境领域突破的战略性方向。

地面接收系统是深空探测的核心组成部分，而接收前端作为该系统的关键模块，其灵敏度直接决定了空间探测的有效距离。提升灵敏度的传统途径包括增大天线口径和降低接收前端等效噪声温度，然而天线尺寸受制于工程可行性与成本约束，存在显著局限性。因此，全球科学界持续聚焦低噪声接收技术的突破，尤其是对等效噪声温度的极致优化。

在此背景下，低温制冷接收技术成为深空测控领域的前沿方向。通过将接收机前端置于超低温环境，可大幅抑制器件热噪声，从而显著提升信号监测能力。作为深空测控的核心设备，低温接收机在深空测控站、射电望远镜等场景中发挥着不可替代的作用，为超高灵敏探测目标的实现奠定了技术基础。

低温制冷接收技术的工程化应用始于20世纪70年代，美国国立射电天文台率先开展低温微波器件研发，并将其成功集成至新墨西哥州的甚大阵(very large array,VLA)望远镜系统。这一突破性应用使接收系统灵敏度获得数量级提升，直接推动了天文观测能力的革新。随着技术迭代，20世纪80 年代低温接收机凭借超低噪声特性实现多领域应用拓展，至20世纪90年代后已发展成为天文观测设备实现极限噪声与最高探测灵敏度的国际公认技术途径。当前，该技术体系已形成完备的工程化应用框架，持续引领深空探测装备性能的革新与突破。

本书面向通信系统研发、射电天文观测、空间科学实施建设及干涉测量等领域的专业技术人员，提供系统化理论解析与实践指导。全书基于严谨的数学模型与工程验证，梳理核心技术的理论脉络，并整合关键公式与设计范例以增强适用性。本书的编写工作得到北京跟踪与通信技术研究所，以及中国电子科技集团公司第十研究所、第三十九研究所、第五十四研究所等单位的学术支持与技术协作。

谨此向所有参与单位及科研工作者致以诚挚谢意，感谢他们为中国深空探测技术发展所付出的努力与智慧贡献。

作者

2025年5月