NASAs nye mikrogap-køling skal testes ombord på genanvendelig løfteraket

En ny teknologi til at fjerne overdreven, potentielt skadelig varme fra små, tætpakket instrumentelektronik og andet rumfartsudstyr vil blive demonstreret for første gang under en kommende suborbital flyvning ombord på en genanvendelig løfteraket.

Termisk ingeniør Franklin Robinson, der arbejder på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, er planlagt til at flyve sit eksperiment ombord på den fuldt genanvendelige Blue Origin New Shepard løfteraket for at bevise, at mikrogap-køleteknologien er immun over for virkningerne af nul tyngdekraft.

Demonstrationen, finansieret af NASA's Space Technology Mission Directorate's Flight Opportunities-program, er et vigtigt skridt i valideringen af ​​systemet, som ingeniører mener kunne være ideel til afkøling tætpakket, højeffekt integrerede kredsløb, kraftelektronik, laserhoveder eller andre enheder. Jo mindre afstanden er mellem disse elektronik, jo sværere er det at fjerne varmen.

Fordi disse enheder er sårbare over for overophedning - ligesom enhver elektronisk enhed på Jorden - skal køleteknologien fungere under alle forhold, inklusive mikrogravitationsmiljøet, der findes i rummet.

"Frank [Robinson] demonstrerer det grundlæggende koncept, og vi har brug for flyvalideringen for at opnå tillid, " sagde Goddard Senior Teknolog for Strategisk Integration Ted Swanson. "Selvom teorien forudsiger, at manglen på tyngdekraft ville have en ubetydelig indvirkning på ydeevnen af ​​mikrogap-kølere, dette skal demonstreres i et rumlignende miljø. Ellers, potentielle brugere vil sandsynligvis ikke forpligte sig til teknologien."

Mikrokanalledninger

Med mikrogap køling, varme genereret af elektronik og andre enheder fjernes ved at strømme en kølevæske gennem indlejrede, rektangulære kanaler inden i eller mellem varmegenererende enheder. Robinsons flyveeksperiment indeholder også "flowkogning, " hvor, som navnet antyder, kølevæsken koger, når den strømmer gennem de små huller. Ifølge Robinson, teknikken giver en højere varmeoverførselshastighed, som holder enheder køligere og, derfor, mindre tilbøjelige til at fejle på grund af overophedning.

For at fjerne varme i mere traditionelle elektroniske enheder, designere skaber en "gulvplan". De holder de varmegenererende kredsløb og andet hardware så langt fra hinanden som muligt. Varmen går ind i printpladen, hvor den er rettet mod en klemme i sidevæggen af ​​elektronikboksen, til sidst på vej til en boksmonteret radiator.

Traditionelle tilgange, imidlertid, ville ikke fungere godt for nye 3-D integrerede kredsløb - en meget lovende teknologi, der kunne tilfredsstille brugernes tørst efter mere computerkraft.

Med 3D-kredsløb, computerchips er bogstaveligt talt stablet oven på hinanden og ikke spredt over et printkort, sparer plads i elektroniske enheder og instrumenter. Sammenkoblinger forbinder hvert niveau med dets tilstødende naboer, meget ligesom hvordan elevatorer forbinder en etage til den næste i en skyskraber. Med kortere ledninger, der forbinder chipsene, data bevæger sig både horisontalt og vertikalt, forbedring af båndbredden, beregningshastighed og ydeevne, alt sammen med mindre strømforbrug.

Fordi ikke alle chips er i kontakt med printkortet, traditionelle køleteknikker ville ikke fungere godt med 3-D kredsløb, Robinson sagde, tilføjede, at han begyndte sin forskning med NASA-støtte for at sikre, at agenturet kunne drage fordel af 3-D-kredsløb, når det blev tilgængeligt. "Imidlertid, vi kan fjerne varmen ved at strømme en kølevæske gennem disse små indlejrede kanaler."

Test af effektivitet i mikrogravitation

Selvom Robinson har testet sin køleteknologi i forskellige retninger i et laboratorium, spørgsmålet er, om det ville være lige så effektivt i rummet. "Det, vi skal afgøre, er, hvor små kanalerne skal være for at opnå tyngdekraftsuafhængighed. Lige nu, vi har ikke en perfekt forståelse, " han sagde.

Skulle mikrogap-teknologien lykkes under demonstrationen, det næste skridt ville være at finde en egentlig anvendelse og demonstrere den i rummet, sagde Swanson.

Gennem programmet Flight Opportunities, Space Technology Mission Directorate (STMD) udvælger lovende teknologier fra industrien, den akademiske verden og regeringen for test på kommercielle løfteraketter. Programmet er finansieret af STMD, og ledet ved NASAs Armstrong Flight Research Center i Edwards, Californien.

STMD er ansvarlig for udvikling af tværgående, banebrydende, nye teknologier og kapaciteter, som agenturet har brug for for at nå sine nuværende og fremtidige missioner.