Yksi nykyään jännittävimmistä asioista avaruustutkimuksessa on tapoja, joilla se on entistä kustannustehokkaampaa. Uudelleenkäytettävien rakettien, miniatyyritetyn elektroniikan ja edullisten laukaisupalvelujen välillä avaruudesta tulee entistä helpompaa ja asutetumpaa. Tämä on kuitenkin haaste myös koskien tavanomaisia menetelmiä avaruusalusten ja satelliittien ylläpitämiseksi.
Yksi suurimmista haasteista on elektroniikan pakkaaminen tiiviimpiin tiloihin, mikä vaikeuttaa niiden pitämistä käyttölämpötiloissa. Tämän ratkaisemiseksi NASA: n insinöörit kehittävät uutta järjestelmää, joka tunnetaan nimellä mikrogap-jäähdytystekniikka. Kahden viimeaikaisen testilennon aikana NASA osoitti, että tämä menetelmä poistaa tehokkaasti lämpöä ja voi toimia myös painottomassa ympäristössä.
Nämä koelennot rahoitettiin NASA: n Flight Opportunities -ohjelman kautta, joka on osa avaruusteknologiaoperaatio-osastoa ja jolla on lisätukea viraston Centerin innovaatiorahastosta. Testit suoritettiin käyttämällä Blue Origin's New Shepard -rakettia, joka kuljetti järjestelmän suborbitaalisiin korkeuksiin ja palautti sen sitten Maahan.
NASAn insinööri Franklin Robinson ja Avram Bar-Cohen (Marylandin yliopiston insinööri) seurasivat koko ajan NASA: n Goddard-avaruuslentokeskuksesta järjestelmän toimivuutta. He havaitsivat, että mikrogap-jäähdytysjärjestelmä kykeni poistamaan suuret määrät lämpöä tiiviisti pakattuihin integroituihin piireihin.
Lisäksi järjestelmä toimi sekä matalassa että korkeapainoisessa ympäristössä, ja tulokset olivat lähes identtiset. Kuten Robinson selitti:
”Painovoimavaikutukset ovat suuri riski tällaisessa jäähdytystekniikassa. Lennot todistivat, että tekniikkamme toimii kaikissa olosuhteissa. Mielestämme tämä järjestelmä edustaa uutta lämmönhallinnan paradigmaa. ”
Tämän uuden tekniikan avulla tiiviisti pakatun elektroniikan tuottama lämpö poistetaan johtamattomalla nesteellä (tunnetaan nimellä HFE 7100), joka virtaa piireihin upotettujen mikrokanavien läpi ja tuottaa höyryä. Tämä prosessi mahdollistaa suuremman lämmönsiirtonopeuden, mikä voi varmistaa, että suuritehoiset elektroniset laitteet epäonnistuvat todennäköisemmin ylikuumenemisen takia.
Tämä edustaa suurta poikkeamista tavanomaisista jäähdytystavoista, joissa elektroniset piirit on järjestetty kaksiulotteiseen asetteluun, joka pitää lämpöä tuottavat laitteistoelementit kaukana toisistaan. Samaan aikaan sähkövirtapiirien tuottama lämpö siirretään piirilevylle ja suunnataan lopulta kohti avaruusalukseen asennettua säteilijää.
Tämä tekniikka hyödyntää 3D-piirejä, nousevaa tekniikkaa, jossa piirit on kirjaimellisesti pinottu toistensa päälle toisiinsa kytkettävillä johdotuksilla. Tämä mahdollistaa lyhyemmät etäisyydet sirujen välillä ja erinomaisen suorituskyvyn, koska tietoja voidaan siirtää sekä pystysuoraan että vaakasuoraan. Se mahdollistaa myös elektroniikan, joka kuluttaa vähemmän energiaa ja vie samalla vähemmän tilaa.
Noin neljä vuotta sitten Robinson ja Bar-Cohen ryhtyivät tutkimaan tätä tekniikkaa avaruuslentoa varten. Integroituna satelliiteihin ja avaruusaluksiin 3D-piirit kykenevät majoittamaan voimakkaasti tiheän elektroniikan ja laserpäät, joiden koko myös pienenee ja jotka tarvitsevat parempia järjestelmiä hukkalämmön poistamiseksi.
Aikaisemmin Robinson ja Bar-Cohen olivat onnistuneesti testanneet järjestelmää laboratorioympäristössä. Nämä lentokokeet kuitenkin osoittivat, että se toimii avaruudessa ja vaihtelevissa painovoimaympäristöissä. Tästä syystä Robinson ja Bar-Cohen uskovat, että tekniikka saattaa olla valmis integroitumaan todellisiin tehtäviin.
