随着航天事业的快速发展，航天设备也愈加精密，其正常运行对温度控制系统的要求也越来越高。对于产热量不大的仪器设备，可用对流冷却方法或者强迫风冷的方法满足其散热要求，但由于仪器设备的功率比较大时，对其进行冷却设备要求也相应提高，冷源具有可靠性高，操作简单，维护方便等优点，可以用来满足仪器的热密度高、散热强的要求。因此本文针对2℃100W冷量高精度冷源进行设计，并通过仿真和实验对冷源的性能进行分析研究。本文对2℃100W冷量高精度冷源系统进行了流程设计，分别对冷源系统中的制冷系统、载冷系统和控制系统进行了设计。并主要对系统中所采用的丝管式冷凝器和储液箱换热器进行了设计计算和选型，同时根据设计结果对系统中所用到的压缩机、毛细管、水泵和加热器等配套设备进行了选型。对高精度冷源控制程序进行了编写并对上位机组态界面进行了了设计。针对由于实验条件限制，无法全面对冷源系统的性能进行测试分析的问题，本文建立了2℃100W冷量高精度冷源系统的数学仿真模型，通过对其进行稳态仿真计算，研究了毛细管长度、冷凝器风机风速对系统稳态特性的影响，对冷源系统的性能进行补充分析。最后，通过实验得到的不同的工况下(控制输出温度分别设为1℃、2℃、1.5℃和2.5℃时)系统的性能参数数据，对载冷剂工质流量、储液箱内载冷剂温度、冷凝器空气侧入口温度等关键参量对系统性能的影响进行了分析。实验结果表明，冷源系统温度控制的能力和输出冷量满足2℃100W的设计要求，输出温度在设定温度±0.05℃内浮动，精度达到国家A级精度(即±0.15℃以内)要求；冷源在2℃工况下输出冷量为101.3W，与设计冷量的误差在1.37%，满足冷量设计要求。