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本文在总结机械制冷机和固体制冷器各自优缺点和应用背景的基础上，提出了将固体制冷器与机械制冷机通过热开关连接，组成固体蓄冷系统的方案，通过工作模式的切换，实现了机械式制冷机长寿命、低重量与固体制冷器无振动、零蒸发优点的结合。 对机械制冷与固体制冷相耦合的新型固体蓄冷系统开展了研究，可分为固体蓄冷器和热开关两部分。整个系统分常规工作模式和无振动制冷模式两种模式:当系统处于常规工作模式时，机械制冷机开启，为整个系统提供冷量，通过固体蓄冷器进行蓄冷，此时，由于机械制冷机的运行，存在着振动、噪音和电磁干扰。当系统处于无振动制冷工作模式时，机械制冷机关闭，由固体蓄冷器单独为模拟热负载提供冷量，利用固体制冷剂的固液相变潜热提供制冷，系统处于无振动、无电磁干扰的状态。 根据某一实际需求背景，本文设计的固体蓄冷器需要在65 K条件下持续4h提供0.5W的制冷量。在设计仿真计算的基础上，开展了实验研究。实验结果表明，所设计的固体蓄冷器在没有热开关漏热条件下的实测时间是5.4小时，考虑热开关漏热后的等效工作时间是4.23小时。此外，2W模拟热负载实验表明固体制冷器在此模拟热负载条件下也能够实现保持温度小于65 K下保持1h左右，同时，固体蓄冷器内部温度波动较小，在±0.1 K的范围内，展示了固体蓄冷器吸收峰值热负荷的性能。 为了满足对热开关的需求，本文对热开关的材料选择、传热计算方法等进行了总结提炼，设计了另一种结构的微膨胀型热开关，支撑柱采用聚四氟乙烯，导热材料采用无氧铜。搭建了实验平台对所提出的方案进行了验证性实验。闭合热阻测定值为0.25 K/W，满足理论计算低于1.58 K/W的要求;断开热阻实测值为503 K/W，满足理论计算大于500 K/W的要求。另外对热开关的寿命进行了仿真计算，结果表明所研制的热开关最大循环次数高达36020次。上述各项指标充分验证了本文热开关设计方案的可行性。 本文还对更低温区的低温蓄冷系统进行了拓展，开展了液氢温区固体介质蓄冷的研究和氦气吸附式蓄冷系统的实验研究。应用液氢温区固体介质蓄冷的方案，采用铅进行蓄冷，实测G-M制冷机二级冷头温度波动可控制在±0.45 mK范围内。同时，在液氢温区开展了氦气吸附式蓄冷系统的实验研究，搭建了氦气吸附实验台，以活性炭为吸附剂，测试了活性炭在液氢温区对氦气的吸附量，计算了比热等数据，实验结果表明在此温区吸附氦气后的活性炭比热已经高于不锈钢丝网、铅以及Er3Ni、HoCu2等磁性材料，验证了氦气在此温区蓄冷的可行性，为其未来应用打下了基础。