En av de mest spännande sakerna med utforskning av rymden idag är sätten det blir mer kostnadseffektivt på. Mellan återanvändbara raketer, miniatyriserad elektronik och billiga lanseringstjänster blir utrymmet mer tillgängligt och befolkat. Detta utgör emellertid också en utmaning när det gäller konventionella metoder för att underhålla rymdskepp och satelliter.
En av de största utmaningarna är att packa elektronik i tätare utrymmen, vilket gör det svårare att hålla dem vid driftstemperaturer. För att hantera detta utvecklar ingenjörer vid NASA ett nytt system som kallas mikrogapkylningsteknik. Under två senaste testflygningar visade NASA att denna metod är effektiv för att ta bort värme och kan också fungera i en viktlös miljö.
Dessa testflygningar finansierades genom NASA: s Flight Opportunity-program, som är en del av rymdtekniska uppdragsdirektoratet med ytterligare stöd från byråns Center Innovation Fund. Testen genomfördes med hjälp av en Blue Origin's New Shepard-raket, som transporterade systemet till suborbital höjder och sedan returnerade det till jorden.
Hela tiden övervakades systemets funktionalitet från NASAs Goddard Space Flight Center av NASA-ingenjören Franklin Robinson och Avram Bar-Cohen (en ingenjör från University of Maryland). Vad de fann var att mikrogapkylningssystemet kunde ta bort stora mängder värme från tätt packade integrerade kretsar.
Dessutom fungerade systemet i både miljöer med låg tyngdkraft och nästan identiska resultat. Som Robinson förklarade:
”Tyngdeffekter är en stor risk i denna typ av kylteknik. Våra flygningar visade att vår teknik fungerar under alla förhållanden. Vi tror att detta system representerar ett nytt värmehanteringsparadigm. ”
Med denna nya teknik avlägsnas värmen som genereras av tätt packad elektronik av en icke ledande vätska (känd som HFE 7100) som rinner genom mikrokanaler inbäddade i eller mellan kretsarna och producerar ånga. Denna process möjliggör en högre värmeöverföringshastighet som kan säkerställa att högdrivna elektroniska enheter kommer att vara mindre benägna att misslyckas på grund av överhettning.
Detta representerar ett stort avvikelse från konventionella kylmetoder, där elektroniska kretsar är arrangerade i en tvådimensionell layout som håller värmegenererande hårdvaruelement långt borta från varandra. Under tiden överförs värmen som genereras av elektriska kretsar till kretskortet och riktas så småningom mot en rymdfarkosterad radiator.
Denna teknik drar nytta av 3D-kretsar, en ny teknik där kretsar bokstavligen staplas en på toppen av en annan med sammankopplade ledningar. Detta möjliggör kortare avstånd mellan chips och överlägsen prestanda eftersom data kan överföras både vertikalt och horisontellt. Det tillåter också elektronik som förbrukar mindre energi och samtidigt tar mindre plats.
För ungefär fyra år sedan började Robinson och Bar-Cohen undersöka denna teknik för rymdflyg. Integrerade i satelliter och rymdfarkoster skulle 3D-kretsar kunna rymma krafttät elektronik och laserhuvuden, som också minskar i storlek och behöver bättre system för att ta bort spillvärme.
Tidigare hade Robinson och Bar-Cohen framgångsrikt testat systemet i en laboratoriemiljö. Dessa flygtest visade dock att det fungerar i rymden och under olika tyngdkraftsmiljöer. Av denna anledning tror Robinson och Bar-Cohen att tekniken kan vara redo för integration i faktiska uppdrag.
