Een opkomende technologie voor het verwijderen van overmatige, mogelijk schadelijke warmte van kleine, dicht opeengepakte instrumentelektronica en andere ruimtevaartuitrusting zullen voor het eerst worden gedemonstreerd tijdens een aanstaande suborbitale vlucht aan boord van een herbruikbaar draagraket.

Thermisch ingenieur Franklin Robinson, die werkt bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, is gepland om zijn experiment te vliegen aan boord van het volledig herbruikbare Blue Origin New Shepard-lanceervoertuig om te bewijzen dat de microgap-koelingstechnologie immuun is voor de effecten van zwaartekracht.

De demonstratie, gefinancierd door NASA's Space Technology Mission Directorate's Flight Opportunities-programma, is een belangrijke stap in het valideren van het systeem, waarvan ingenieurs denken dat het ideaal zou kunnen zijn voor het koelen van dicht opeengepakte, krachtige geïntegreerde schakelingen, vermogenselektronica, laserkoppen of andere apparaten. Hoe kleiner de ruimte tussen deze elektronica, hoe moeilijker het is om de hitte te verwijderen.

Omdat deze apparaten kwetsbaar zijn voor oververhitting - net als elk elektronisch apparaat op aarde - moet de koeltechnologie onder alle omstandigheden werken, inclusief de microzwaartekrachtomgeving in de ruimte.

"Frank [Robinson] demonstreert het fundamentele concept en we hebben de vluchtvalidatie nodig om vertrouwen te winnen, " zei Goddard Senior Technologist voor Strategische Integratie Ted Swanson. "Hoewel de theorie voorspelt dat het gebrek aan zwaartekracht een verwaarloosbare invloed zou hebben op de prestaties van microgap-koelers, dit moet worden aangetoond in een ruimteachtige omgeving. Anders, potentiële gebruikers zullen zich waarschijnlijk niet binden aan de technologie."

Microkanaal leidingen

Met microgap koeling, warmte gegenereerd door elektronica en andere apparaten wordt verwijderd door een koelvloeistof te laten stromen door ingebedde, rechthoekige kanalen binnen of tussen warmtegenererende apparaten. Robinson's vliegexperiment bevat ook "flow cooking, " waar, zoals de naam al aangeeft, het koelmiddel kookt terwijl het door de kleine openingen stroomt. Volgens Robinson, de techniek biedt een hogere mate van warmteoverdracht, waardoor apparaten koeler blijven en, daarom, minder kans op defecten door oververhitting.

Om warmte in meer traditionele elektronische apparaten te verwijderen, ontwerpers maken een 'plattegrond'. Ze houden de warmteopwekkende circuits en andere hardware zo ver mogelijk uit elkaar. De warmte reist naar de printplaat, waar het naar een klem in de zijwand van de elektronicadoos wordt geleid, uiteindelijk zijn weg naar een op een doos gemonteerde radiator.

traditionele benaderingen, echter, zou niet goed werken voor opkomende 3D-geïntegreerde schakelingen - een veelbelovende technologie die de honger van gebruikers naar meer rekenkracht zou kunnen stillen.

Met 3D-schakelingen, computerchips worden letterlijk op elkaar gestapeld en niet verspreid over een printplaat, ruimte besparen in elektronische apparaten en instrumenten. Interconnects verbinden elk niveau met zijn aangrenzende buren, net zoals liften de ene verdieping met de andere verbinden in een wolkenkrabber. Met kortere bedrading die de chips verbindt, gegevens bewegen zowel horizontaal als verticaal, bandbreedte verbeteren, rekensnelheid en prestatie, en dat alles terwijl ze minder stroom verbruiken.

Omdat niet alle chips in contact komen met de printplaat, traditionele koeltechnieken zouden niet goed werken met 3D-circuits, Robinson zei, eraan toevoegend dat hij zijn onderzoek begon met NASA-ondersteuning om ervoor te zorgen dat het bureau kon profiteren van 3D-circuits wanneer deze beschikbaar kwamen. "Echter, we kunnen de warmte afvoeren door een koelvloeistof door deze kleine ingebedde kanalen te laten stromen."

Effectiviteit testen in microzwaartekracht

Hoewel Robinson zijn koeltechnologie op verschillende oriëntaties in een laboratorium heeft getest, de vraag is of het even effectief zou zijn in de ruimte. "Wat we moeten bepalen, is hoe klein de kanalen moeten zijn om zwaartekrachtonafhankelijkheid te bereiken. Op dit moment, we hebben geen perfect begrip, " hij zei.

Mocht de microgap-technologie slagen tijdens de demonstratie, de volgende stap zou zijn om een ​​daadwerkelijke toepassing te vinden en deze in de ruimte te demonstreren, aldus Swanson.

Via het Flight Opportunities-programma, de Space Technology Mission Directorate (STMD) selecteert veelbelovende technologieën uit de industrie, academische wereld en de overheid voor het testen van commerciële draagraketten. Het programma wordt gefinancierd door STMD, en beheerd bij NASA's Armstrong Flight Research Center in Edwards, Californië.

STMD is verantwoordelijk voor de ontwikkeling van de transversale, pionieren, nieuwe technologieën en capaciteiten die het agentschap nodig heeft om zijn huidige en toekomstige missies te verwezenlijken.