大多数半导体在 -80°C 下运行良好，增益可能会降低，速度可能会有所提高，这可能会影响边缘设计。降低的增益可能会导致振荡器停止运行，尽管如果它们已经运行，它们可能会随着温度下降而继续运行。我已经运行了大量浸入液态 N _{2中的电子设备}从 300K 到 77K 并没有太多意想不到的变化。−80°C 约为 200K，因此甚至不到 77K 的一半。4K 的液氦是另一回事。文献中提供了一些信息，但由于缺乏感兴趣的市场，制造商可能无法获得保证。保证在低温和非常高的温度下工作的东西往往很昂贵。对于简单的零件，自己表征它们很容易，而对于非常复杂的零件，很难做到 100% 保证。

大多数无源器件（如电阻器）也不会发生太大变化——温度系数略有变化。陶瓷电容器可能会发生更多变化。

正如 fraxinus 所说，不能正常工作的东西是电池和电解电容器，它们很可能会受到限制。其他像 DPSS 激光的东西往往有一个非常窄的范围。

据我了解，毅力号火星车上有一个长寿命的热源（Pu 238 放射性同位素 RTG），所以过冷不是问题。在大多数应用中，包括一大块武器级钚并不是一种特别实用的方法。

-40 °C 值或多或少是一个标准问题。军用规格的-55°C也是如此。-40 °C 对于大多数民用来说“足够好”，而 -55 °C 对于一般军事用途来说是可以接受的。

另一方面，大多数电子元件在至少 -100 °C 的温度下或多或少都可以正常工作。

你只需要自己找出什么有效，什么无效。零件的制造商可能会或可能不会帮助您，您可能会或可能不会负担制造商的帮助。

另一方面，我上次检查时，一公斤干冰（固体二氧化碳）不到10欧元。获得良好的通风（或至少知道蒸发二氧化碳的风险）并将您的电子设备冷冻至 -79 °C。液氮用于极端超频项目，它更冷但也更危险。

几乎可以保证失败的是电解电容器和电池。

编辑：还有一件很容易出错的事情：快速冷却和快速回暖。不要，否则某些东西会破裂（甚至是无形的）并且会立即停止工作，或者在一段时间后（例如当冷凝水进入裂缝时）

请注意不要误解这些温度额定值的含义。当零件的额定温度为 -40C 时，这并不意味着它在该点以下将无法工作。它只是意味着制造商已将其测试到该温度，并且只会证明/保证设备在该温度或高于该温度的操作。制造商通常会在他们将保修的范围内留下一个不错的安全裕度，因此它的工作可能至少低于官方规格的适度水平。但是，这还没有经过官方测试，因此制造商不会提供任何保证。

此外，这里有两个温度限制：“存储”温度和“操作”温度。对于某些组件，它们可能完全不同。我见过可以在 -40C 下储存但在运行时需要 +5C 的组件。对于某些设备，这些限制是相同的。确保您正在仔细阅读数据表。

制造商不会测试产品以找出其特定的热限制在哪里。这些测试既昂贵又耗时。相反，他们在少数标准测试点进行测试。对于标准组件，这往往是-40C，对于“军用级”或“极端温度”版本，这往往是-55C。对低于此温度的零件的需求并不多，因此在较低温度下运行测试很少见。

为什么会有这些数字？ MIL-STD-810涵盖了军用设备的测试标准。根据方法 502.7 - 低温，“考虑到正常开发成本的大多数应用程序”以 20% 的“发生频率”进行测试，这意味着在最极端的月份中有 20% 的时间低于该温度的寒冷部分。世界。20%的发生频率列为-51C，10%的发生频率列为-54C。这些值已经足够接近，与其停在 20% 的阈值，不如降到 -55C 并涵盖标准军事装备的几乎所有用例。非军事设备也存在类似的规格。例如，IEEE 1156.2《计算机系统环境规范标准》将-40C列为低温测试点。另见 IEC 60068-2-1。

您当然可以将组件测试到您想要的任何级别。制造商可能不会为您这样做（至少不是免费的），但有些测试公司会在您想要的任何类型的环境中测试组件。您可以运行或委托您自己的热测试，涵盖您期望看到的任何条件范围。与组件制造商交谈也会有所帮助。他们可能提供已经过测试以满足您的需求的零件，但由于需求有限，只能通过特殊订单获得。他们还可以指出其他客户已在极端温度环境中成功使用了哪些部件。

上面已经有很多很好的答案，但是我还没有看到任何包含来自与您的问题最相关的领域的一些经验，所以这是我的两分钱。

我是一名卫星机构设计师，团队中的本地电子专家。我参与了一项依靠火星探测器的著名任务，我们不得不在极端温度下解决这些问题。

我不能为那些设计 Supercam 的人说话，但在火星上，就像在轨道上一样，“加热”不是某种破解补丁，以防环境太冷：这是基线。只有绝对不能加热到其工作温度范围内的温度的组件才与那些被适当被动（优先）或主动冷却的组件绝缘。原因是制冷比制热（只需要加热器控制回路）复杂得多，特别是对于主动制冷（基本上需要带有特殊热管+流体的高科技冰箱）。因此，一般而言，所有电子设备的温度都会直接或间接加热，除非特别要求不加热 - 例如红外图像前端。

因此，对于大多数电子产品而言，问题在于非工作温度。我们不得不从基于电子的集成位置传感器切换到由位于火星车内部的电子采集系统获取的机电位置传感器，原因是：我们想要使用的组件仅下降到 -55°C，而制造商做到了不建议发起认证活动以测试其在 -130°C 下的存活率（我想我记得，这是火星上测得的最冷温度加上 -15°C 的认证余量，请参阅下图了解根据 ECSS 标准的余量方案 [更多内容如下]）。

在你的情况下，我认为你没有这些限制 - 所以你的温度控制系统可能从飞行开始就开启。考虑到所有辐射（来自地球的反照率、深空黑体温度和气球本身的温度梯度）、对流（取决于你所说的非常高的高度）和导电（在你的气球上）路径。您使用的高反射性发光涂料或表面越多，您需要的加热就越多 - 但在炎热的情况下您会变得越热。对于地球静止轨道中未上漆的机构组件，每个临界区平均 5-10W 一般就足够了，例如。卫星本身的温度范围实际上比我们想象的要窄得多，这要归功于传导界面对来自所有面的热通量进行平均——所以大部分电子设备都位于此处。这是我在网上找到的随机卫星上的有限元分析建模示例，但是您可以使用热网络建模作为等效电气模型（使用热阻、比热电容器、温度边界的电压源和用于功率注入的电流源）。

简而言之：

• 假设一个组件不能在其非操作和操作范围之外的温度下使用，除非您准备好在所需的极端温度下对其进行彻底测试（作为某些“资格”活动的一部分），并留有一些余量。对于不是非常简单的组件，有必要与制造商合作定义所需的测试、测试顺序和条件，以确保认证活动实际上证明组件符合所需的温度（有些问题可能不被用户理解，或者其他一些可能随机出现）。
• 不要忽视热分析，无论它们多么粗糙。将您的组件置于结果的函数中并进行迭代，以便您尽可能被动地达到所有操作和非操作温度范围的合规性（必要时使用涂层和油漆）。偏爱太冷而不是太热——在必要时和最有效的地方放置加热器，并根据热分析设计温度控制系统。

请注意，如果组件供应商遵循相同的标准（必须检查相关的 MIL-STD 以确定），如果额定温度为 -55°C op，则意味着至少有一个单元将其降至 -70 °C，对于电子产品而言，它与 -80°C 相差不远（对于机械装置，热膨胀可能会在 +/-10°C 范围内吃掉一个间隙并卡住）。请注意，虽然经验法则是电子产品寿命/可靠性数字在热情况下每 10°C 减半 - 所以我希望它在冷情况下也相似 - 并且在选择之前检查的各种参数考虑到对温度的任何敏感性，仍需要重新评估组件。与加热相比，所有这些通常都不值得麻烦。

有关特定于空间领域的指导方针的更多信息，请查看 ECSS 标准——这些是我们在为欧洲航天局工作时需要遵守的标准，通常适用于任何欧洲客户。想到 ECSS-E-HB-31-01、ECSS-E-HB-31-03 和 ECSS-E-ST-31C。