Jedną z najbardziej ekscytujących rzeczy w eksploracji kosmosu jest dzisiaj sposób, w jaki staje się on bardziej opłacalny. Pomiędzy rakietami wielokrotnego użytku, zminiaturyzowaną elektroniką i tanimi usługami startowymi przestrzeń kosmiczna staje się bardziej dostępna i zaludniona. Jednak stanowi to również wyzwanie, jeśli chodzi o konwencjonalne metody utrzymywania statków kosmicznych i satelitów.
Jednym z największych wyzwań jest pakowanie elektroniki w ciasne przestrzenie, co utrudnia utrzymanie ich w temperaturach operacyjnych. Aby temu zaradzić, inżynierowie z NASA opracowują nowy system znany jako technologia chłodzenia mikrogap. Podczas dwóch ostatnich lotów testowych NASA wykazała, że ta metoda skutecznie usuwa ciepło i może również działać w nieważkim środowisku.
Te loty testowe zostały sfinansowane w ramach programu NASA Flight Opportunities, który jest częścią Dyrekcji ds. Misji Technologii Kosmicznych, przy dodatkowym wsparciu Centrum Innowacji Centrum. Testy przeprowadzono przy użyciu nowej rakiety Shepard Blue Origin, która przetransportowała system na wysokości suborbitalne, a następnie zwróciła go na Ziemię.
Przez cały czas funkcjonalność systemu była monitorowana z Goddard Space Flight Center NASA przez inżyniera NASA Franklina Robinsona i Avrama Bar-Cohena (inżyniera z University of Maryland). Okazało się, że system chłodzenia mikrogap był w stanie usunąć duże ilości ciepła z ciasno upakowanych układów scalonych.
Co więcej, system działał w środowiskach o niskiej i wysokiej grawitacji, uzyskując niemal identyczne wyniki. Jak wyjaśnił Robinson:
„Efekty grawitacyjne stanowią duże ryzyko w tego rodzaju technologii chłodzenia. Nasze loty dowiodły, że nasza technologia działa w każdych warunkach. Uważamy, że ten system stanowi nowy paradygmat zarządzania ciepłem. ”
Dzięki tej nowej technologii ciepło wytwarzane przez ciasno upakowaną elektronikę jest usuwane przez nieprzewodzący płyn (znany jako HFE 7100), który przepływa przez mikrokanaliki wbudowane w obwody lub między nimi i wytwarza parę. Proces ten pozwala na większą szybkość wymiany ciepła, co może zapewnić, że urządzenia elektroniczne o dużej mocy będą mniej narażone na awarie z powodu przegrzania.
Stanowi to duże odchylenie od konwencjonalnych metod chłodzenia, w których układy elektroniczne są rozmieszczone w dwuwymiarowym układzie, który utrzymuje elementy sprzętowe wytwarzające ciepło z dala od siebie. Tymczasem ciepło wytwarzane przez obwody elektryczne jest przenoszone na płytkę drukowaną i ostatecznie kierowane do grzejnika montowanego w statku kosmicznym.
Ta technologia wykorzystuje obwody 3D, powstającą technologię, w której obwody są dosłownie ułożone jedna na drugiej z połączeniem okablowania. Pozwala to na mniejsze odległości między chipami i lepszą wydajność, ponieważ dane mogą być przesyłane zarówno w pionie, jak iw poziomie. Pozwala również na elektronikę, która zużywa mniej energii, a jednocześnie zajmuje mniej miejsca.
Mniej więcej cztery lata temu Robinson i Bar-Cohen rozpoczęli badania tej technologii na potrzeby lotów kosmicznych. Zintegrowane z satelitami i statkami kosmicznymi obwody 3D byłyby w stanie pomieścić gęstą elektronikę i głowice laserowe, które również zmniejszają się i potrzebują lepszych systemów usuwania ciepła odpadowego.
Wcześniej Robinson i Bar-Cohen z powodzeniem przetestowali system w środowisku laboratoryjnym. Te testy w locie pokazały jednak, że działa on w przestrzeni kosmicznej i przy zmiennych warunkach grawitacyjnych. Z tego powodu Robinson i Bar-Cohen uważają, że technologia może być gotowa do włączenia w rzeczywiste misje.
