Een van de meest opwindende dingen over ruimteverkenning vandaag de dag is de manier waarop het kosteneffectiever wordt. Tussen herbruikbare raketten, geminiaturiseerde elektronica en goedkope lanceringsdiensten wordt de ruimte toegankelijker en bevolkt. Dit vormt echter ook een uitdaging als het gaat om conventionele methoden voor het onderhoud van ruimtevaartuigen en satellieten.
Een van de grootste uitdagingen is het verpakken van elektronica in krappere ruimtes, waardoor het moeilijker wordt om ze op bedrijfstemperatuur te houden. Om dit aan te pakken, ontwikkelen ingenieurs van NASA een nieuw systeem dat bekend staat als microgap-cooling-technologie. Tijdens twee recente testvluchten heeft NASA aangetoond dat deze methode effectief is in het verwijderen van warmte en ook kan functioneren in een gewichtloze omgeving.
Deze testvluchten werden gefinancierd via NASA's Flight Opportunities-programma, dat deel uitmaakt van het Directoraat Ruimtetechnologie Missie, met aanvullende ondersteuning van het Centre Innovation Fund van het agentschap. De tests zijn uitgevoerd met een Blue Origin's New Shepard-raket, die het systeem naar suborbitale hoogten heeft getransporteerd en vervolgens naar de aarde heeft teruggebracht.
De functionaliteit van het systeem werd de hele tijd bewaakt vanuit NASA's Goddard Space Flight Center door NASA-ingenieur Franklin Robinson en Avram Bar-Cohen (een ingenieur van de Universiteit van Maryland). Wat ze ontdekten was dat het microgap-koelsysteem in staat was om grote hoeveelheden warmte te verwijderen uit dicht opeengepakte geïntegreerde schakelingen.
Bovendien werkte het systeem in omgevingen met zowel lage als hoge zwaartekracht met bijna identieke resultaten. Zoals Robinson uitlegde:
“Zwaartekrachteffecten vormen een groot risico bij dit type koeltechnologie. Onze vluchten hebben bewezen dat onze technologie onder alle omstandigheden werkt. We denken dat dit systeem een nieuw paradigma voor thermisch beheer vertegenwoordigt. ”
Met deze nieuwe technologie wordt de warmte die wordt gegenereerd door dicht opeengepakte elektronica verwijderd door een niet-geleidende vloeistof (bekend als HFE 7100) die door microkanalen stroomt die in of tussen de circuits zijn ingebed en damp produceert. Dit proces zorgt voor een hogere warmteoverdracht, wat ervoor kan zorgen dat elektronische apparaten met een hoog vermogen minder snel zullen falen als gevolg van oververhitting.
Dit betekent een grote afwijking van conventionele koelingbenaderingen, waarbij elektronische circuits zijn gerangschikt in een tweedimensionale lay-out die warmte-opwekkende hardware-elementen ver van elkaar houdt. Ondertussen wordt de warmte die wordt gegenereerd door elektrische circuits overgebracht naar de printplaat en uiteindelijk gericht op een op een ruimtevaartuig gemonteerde radiator.
Deze technologie maakt gebruik van 3D-circuits, een opkomende technologie waarbij circuits letterlijk op elkaar worden gestapeld met onderling verbonden bedrading. Dit zorgt voor kortere afstanden tussen chips en superieure prestaties omdat gegevens zowel verticaal als horizontaal kunnen worden overgedragen. Het maakt ook elektronica mogelijk die minder energie verbruikt en tegelijkertijd minder ruimte inneemt.
Ongeveer vier jaar geleden begonnen Robinson en Bar-Cohen deze technologie te onderzoeken voor ruimtevluchten. Geïntegreerd in satellieten en ruimtevaartuigen, zouden 3D-circuits geschikt zijn voor vermogensrijke elektronica en laserkoppen, die ook kleiner worden en betere systemen nodig hebben om afvalwarmte te verwijderen.
Eerder hadden Robinson en Bar-Cohen het systeem met succes getest in een laboratoriumomgeving. Deze vliegproeven hebben echter aangetoond dat het werkt in de ruimte en onder verschillende zwaartekrachtomgevingen. Om deze reden geloven Robinson en Bar-Cohen dat de technologie mogelijk klaar is voor integratie in daadwerkelijke missies.
