Eines der aufregendsten Dinge bei der heutigen Weltraumforschung ist die Art und Weise, wie sie kostengünstiger wird. Zwischen wiederverwendbaren Raketen, miniaturisierter Elektronik und kostengünstigen Startdiensten wird der Raum immer zugänglicher und bevölkerungsreicher. Dies ist jedoch auch eine Herausforderung, wenn es um herkömmliche Methoden zur Wartung von Raumfahrzeugen und Satelliten geht.
Eine der größten Herausforderungen besteht darin, die Elektronik auf engstem Raum zu verpacken, was es schwieriger macht, sie bei Betriebstemperaturen zu halten. Um dies zu beheben, entwickeln die Ingenieure der NASA ein neues System, das als Mikrospaltkühlungstechnologie bekannt ist. Bei zwei kürzlich durchgeführten Testflügen hat die NASA gezeigt, dass diese Methode die Wärme effektiv abführt und auch in einer schwerelosen Umgebung funktioniert.
Diese Testflüge wurden durch das Flight Opportunities-Programm der NASA finanziert, das Teil der Direktion für Weltraumtechnologie-Mission ist und vom Center Innovation Fund der Agentur zusätzlich unterstützt wird. Die Tests wurden mit einer New Shepard-Rakete von Blue Origin durchgeführt, die das System in suborbitale Höhen transportierte und dann zur Erde zurückbrachte.
Während der gesamten Zeit wurde die Funktionalität des Systems vom Goddard Space Flight Center der NASA aus von den NASA-Ingenieuren Franklin Robinson und Avram Bar-Cohen (einem Ingenieur der University of Maryland) überwacht. Sie fanden heraus, dass das Mikrospaltkühlsystem in der Lage war, große Mengen an Wärme aus dicht gepackten integrierten Schaltkreisen abzuleiten.
Darüber hinaus arbeitete das System sowohl in Umgebungen mit niedriger als auch mit hoher Schwerkraft mit nahezu identischen Ergebnissen. Wie Robinson erklärte:
„Schwerkrafteffekte sind bei dieser Art von Kühltechnologie ein großes Risiko. Unsere Flüge haben bewiesen, dass unsere Technologie unter allen Bedingungen funktioniert. Wir glauben, dass dieses System ein neues Wärmemanagement-Paradigma darstellt. “
Mit dieser neuen Technologie wird die von dicht gepackter Elektronik erzeugte Wärme von einem nichtleitenden Fluid (bekannt als HFE 7100) abgeführt, das durch in oder zwischen den Schaltkreisen eingebettete Mikrokanäle fließt und Dampf erzeugt. Dieser Prozess ermöglicht eine höhere Wärmeübertragungsrate, wodurch sichergestellt werden kann, dass leistungsstarke elektronische Geräte weniger wahrscheinlich aufgrund von Überhitzung ausfallen.
Dies stellt eine große Abweichung von herkömmlichen Kühlungsansätzen dar, bei denen elektronische Schaltkreise in einem zweidimensionalen Layout angeordnet sind, das wärmeerzeugende Hardwareelemente weit voneinander entfernt hält. Währenddessen wird die von elektrischen Schaltkreisen erzeugte Wärme auf die Leiterplatte übertragen und schließlich auf einen am Raumfahrzeug montierten Kühler geleitet.
Diese Technologie nutzt die 3D-Schaltung, eine aufstrebende Technologie, bei der Schaltungen mit Verbindungskabeln buchstäblich übereinander gestapelt werden. Dies ermöglicht kürzere Abstände zwischen Chips und eine überlegene Leistung, da Daten sowohl vertikal als auch horizontal übertragen werden können. Es ermöglicht auch Elektronik, die weniger Energie verbraucht und gleichzeitig weniger Platz beansprucht.
Vor ungefähr vier Jahren begannen Robinson und Bar-Cohen, diese Technologie für die Raumfahrt zu untersuchen. In Satelliten und Raumfahrzeuge integriert, könnten 3D-Schaltkreise leistungsdichte Elektronik und Laserköpfe aufnehmen, deren Größe ebenfalls abnimmt und die bessere Systeme zur Abwärmeabfuhr benötigen.
Zuvor hatten Robinson und Bar-Cohen das System erfolgreich in einer Laborumgebung getestet. Diese Flugtests haben jedoch gezeigt, dass es im Weltraum und unter Umgebungen mit unterschiedlicher Schwerkraft funktioniert. Aus diesem Grund glauben Robinson und Bar-Cohen, dass die Technologie für die Integration in tatsächliche Missionen bereit sein könnte.
