Una tecnologia emergente per rimuovere eccessivi, calore potenzialmente dannoso da piccoli, l'elettronica degli strumenti strettamente imballata e altri dispositivi per il volo spaziale saranno dimostrati per la prima volta durante un prossimo volo suborbitale a bordo di un veicolo di lancio riutilizzabile.

Ingegnere termico Franklin Robinson, che lavora al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, è programmato per far volare il suo esperimento a bordo del veicolo di lancio Blue Origin New Shepard completamente riutilizzabile per dimostrare che la tecnologia di raffreddamento del microgap è immune dagli effetti della gravità zero.

La dimostrazione, finanziato dal programma Flight Opportunities della NASA Space Technology Mission Directorate, è un passo importante nella convalida del sistema, che gli ingegneri ritengono possa essere l'ideale per il raffreddamento in ambienti chiusi, circuiti integrati ad alta potenza, elettronica di potenza, testine laser o altri dispositivi. Più piccolo è lo spazio tra queste elettroniche, più è difficile rimuovere il calore.

Poiché questi dispositivi sono vulnerabili al surriscaldamento, proprio come qualsiasi dispositivo elettronico sulla Terra, la tecnologia di raffreddamento deve funzionare in tutte le condizioni, compreso l'ambiente di microgravità trovato nello spazio.

"Frank [Robinson] sta dimostrando il concetto fondamentale e abbiamo bisogno della convalida del volo per acquisire fiducia, " ha affermato Goddard Senior Technologist for Strategic Integration Ted Swanson. "Mentre la teoria prevede che la mancanza di gravità avrebbe un impatto trascurabile sulle prestazioni dei refrigeratori microgap, questo deve essere dimostrato in un ambiente simile allo spazio. Altrimenti, è improbabile che i potenziali utenti si impegnino nella tecnologia".

Condotti microcanali

Con il raffreddamento microgap, il calore generato dall'elettronica e da altri dispositivi viene rimosso facendo scorrere un refrigerante attraverso l'incorporamento, canali di forma rettangolare all'interno o tra dispositivi generatori di calore. L'esperimento di volo di Robinson presenta anche "l'ebollizione del flusso, " dove, come suggerisce il nome, il liquido di raffreddamento bolle mentre scorre attraverso i piccoli spazi. Secondo Robinson, la tecnica offre un più alto tasso di trasferimento di calore, che mantiene i dispositivi più freschi e, perciò, meno probabilità di guasto a causa del surriscaldamento.

Per rimuovere il calore nei dispositivi elettronici più tradizionali, i designer creano una "pianta del pavimento". Mantengono i circuiti generatori di calore e l'altro hardware il più lontano possibile. Il calore viaggia nel circuito stampato, dove è diretto a un morsetto nella parete laterale della scatola dell'elettronica, alla fine si fa strada verso un radiatore montato su scatola.

Approcci tradizionali, però, non funzionerebbe bene per i circuiti integrati 3D emergenti, una tecnologia molto promettente che potrebbe soddisfare la sete degli utenti di maggiore potenza di calcolo.

Con circuiti 3D, i chip del computer sono letteralmente impilati uno sopra l'altro e non sparsi su un circuito, risparmio di spazio in dispositivi e strumenti elettronici. Le interconnessioni collegano ogni livello ai suoi vicini adiacenti, proprio come gli ascensori collegano un piano all'altro in un grattacielo. Con un cablaggio più corto che collega i chip, i dati si spostano sia orizzontalmente che verticalmente, miglioramento della larghezza di banda, velocità di calcolo e prestazioni, il tutto consumando meno energia.

Poiché non tutti i chip sono in contatto con il circuito stampato, le tecniche di raffreddamento tradizionali non funzionerebbero bene con i circuiti 3D, Robinson ha detto, aggiungendo che ha iniziato la sua ricerca con il supporto della NASA per assicurarsi che l'agenzia potesse sfruttare i circuiti 3D quando fosse disponibile. "Però, possiamo rimuovere il calore facendo scorrere un refrigerante attraverso questi minuscoli canali incorporati".

Test dell'efficacia in microgravità

Sebbene Robinson abbia testato la sua tecnologia di raffreddamento in vari orientamenti in un laboratorio, la domanda è se sarebbe ugualmente efficace nello spazio. "Ciò che dobbiamo determinare è quanto piccoli devono essere i canali per ottenere l'indipendenza dalla gravità. In questo momento, non abbiamo una comprensione perfetta, " Egli ha detto.

Se la tecnologia microgap dovesse avere successo durante la dimostrazione, il passo successivo sarebbe trovare un'applicazione reale e dimostrarla nello spazio, ha detto Swanson.

Attraverso il programma Opportunità di volo, la Space Technology Mission Directorate (STMD) seleziona tecnologie promettenti dall'industria, il mondo accademico e il governo per i test sui veicoli di lancio commerciali. Il programma è finanziato da STMD, e gestito presso l'Armstrong Flight Research Center della NASA a Edwards, California.

STMD è responsabile dello sviluppo della sezione trasversale, pionieristico, nuove tecnologie e capacità necessarie all'agenzia per raggiungere le sue missioni attuali e future.