在空间探测应用中,需要使用热控系统对低温光学系统和电子学系统进行控温。机械制冷机能够提供较大的冷量,同时保证输出温度的精度和稳定性,是航天热控系统的理想冷源。环路热管是一种高效的两相热传输设备,能将制冷机的冷量远距离传输至受控元件,同时隔离制冷机对光学系统的电磁和机械震动干扰,环路热管管线具有一定的柔性,方便在航天器内灵活布局。环路热管冷凝器是与制冷机换热的核心部件,由于冷凝器尺寸通常远大于制冷机冷头,因此需要使用冷板进行过渡连接,造成了额外的热损失和重量负担。针对以上问题,本文对低温环路热管冷凝器小型化设计进行了相关研究。为了在更小的冷凝器面积内实现相同的换热量,需要对流道进行紧凑化设计,同时流道截面尺寸需要更小。本文冷凝器设计为与制冷机冷头尺寸接近的圆盘状,外部尺寸为Φ60 mm×10 mm,内部流道借鉴高热流密度散热领域中常用的树状流道网络,设计了侧进侧出型的Y形分叉流道网络,流道级数为对称4级,每一级在分叉后分支数为2。每一级分支内,母流道和子流道的截面尺寸遵循固定比例,单支子流道截面积小于母流道,但是两支子流道的总截面积大于母流道,工质在每个分叉后流速降低。Y形分叉流道相比相同流道长度和水力直径的串行流道相比具有更大的换热面积和更小的压降,同时温度分布更加均匀,能满足小型冷凝器高效换热的需求。设计得到的冷凝器可以与制冷机冷头直接耦合,设计重量仅为传统压管式涡旋冷凝器的1/3。基于设计优化后的圆盘状Y形分叉流道冷凝器,设计加工了使用丙烯工质的环路热管整机,并进行了测试实验。实验得出以下结论:在冷凝器温度223 K、203 K、183 K时,对应最小热阻值分别为0.19 K/W、0.29 K/W和0.50 K/W。工作温区下降时,由于蒸发器到补偿器的漏热增大,环路热管热阻逐渐增大。环路热管在低温下由可变热阻区到固定热阻区的转折点后移,183 K时环路热管全程工作在可变热阻区。对冷凝器出口温度的分析发现,随着温度下降,冷凝两相段长度变短,冷凝器长度由设计不足逐渐转变为设计冗余,对冷凝器流道长度设计提出了建议。实验对比了流道长度相同（90 mm）的Y形分叉流道和U形单管流道冷凝器,实验结果表明,在冷凝器温度223 K时,Y形流道冷凝器和U形流道冷凝器的环路热管分别在30 W和20 W时进入固定热阻区,其最小热阻分别为0.19K/W和0.47 K/W。从换热和流阻的角度分析,在相同的流道长度下,Y形流道冷凝器具有更大的换热面积和更小的流动阻力,有利于降低冷凝相变温度和外环路压降,从而获得更小的换热温差和热阻。使用Y形流道冷凝器的环路热管明显具有更高的换热效率,在与低温制冷机耦合的热控系统中有很大的应用价值。