Una delle cose più interessanti dell'esplorazione spaziale oggi è il modo in cui sta diventando più conveniente. Tra missili riutilizzabili, elettronica miniaturizzata e servizi di lancio a basso costo, lo spazio sta diventando più accessibile e popolato. Tuttavia, ciò rappresenta anche una sfida quando si tratta di metodi convenzionali per la manutenzione di veicoli spaziali e satelliti.
Una delle maggiori sfide consiste nell'imballare l'elettronica in spazi più ristretti, il che rende più difficile mantenerle a temperature operative. Per risolvere questo problema, gli ingegneri della NASA stanno sviluppando un nuovo sistema noto come tecnologia di raffreddamento a microgap. Durante due recenti voli di prova, la NASA ha dimostrato che questo metodo è efficace per rimuovere il calore e può anche funzionare in un ambiente senza peso.
Questi voli di prova sono stati finanziati attraverso il programma Opportunità di volo della NASA, che fa parte della direzione della missione della tecnologia spaziale con il supporto aggiuntivo fornito dal Center Innovation Fund dell'agenzia. I test sono stati condotti utilizzando un razzo New Shepard di Blue Origin, che ha trasportato il sistema ad altitudini suborbitali e poi lo ha riportato sulla Terra.
Per tutto il tempo, la funzionalità del sistema è stata monitorata dal Goddard Space Flight Center della NASA dall'ingegnere della NASA Franklin Robinson e Avram Bar-Cohen (un ingegnere dell'Università del Maryland). Ciò che hanno scoperto è che il sistema di raffreddamento a microgap è stato in grado di rimuovere grandi quantità di calore dai circuiti integrati ben confezionati.
Inoltre, il sistema ha funzionato in ambienti a bassa e alta gravità con risultati quasi identici. Come ha spiegato Robinson:
“Gli effetti di gravità rappresentano un grosso rischio in questo tipo di tecnologia di raffreddamento. I nostri voli hanno dimostrato che la nostra tecnologia funziona in tutte le condizioni. Pensiamo che questo sistema rappresenti un nuovo paradigma di gestione termica. "
Con questa nuova tecnologia, il calore generato dall'elettronica compatta viene rimosso da un fluido non conduttore (noto come HFE 7100) che fluisce attraverso i microcanali incorporati all'interno o tra i circuiti e produce vapore. Questo processo consente una maggiore velocità di trasferimento del calore che può garantire che i dispositivi elettronici ad alta potenza abbiano meno probabilità di guasti a causa del surriscaldamento.
Ciò rappresenta una grande deviazione dagli approcci di raffreddamento convenzionali, in cui i circuiti elettronici sono disposti in un layout bidimensionale che mantiene gli elementi hardware generatori di calore molto distanti tra loro. Nel frattempo, il calore generato dai circuiti elettrici viene trasferito sul circuito stampato e infine diretto verso un radiatore montato su un veicolo spaziale.
Questa tecnologia sfrutta i circuiti 3D, una tecnologia emergente in cui i circuiti sono letteralmente impilati uno sopra l'altro con cavi di interconnessione. Ciò consente distanze più brevi tra i chip e prestazioni superiori poiché i dati possono essere trasferiti sia in verticale che in orizzontale. Inoltre consente l'elettronica che consuma meno energia e occupa anche meno spazio.
Circa quattro anni fa, Robinson e Bar-Cohen iniziarono a studiare questa tecnologia ai fini del volo spaziale. Integrati nei satelliti e nei veicoli spaziali, i circuiti 3D sarebbero in grado di ospitare l'elettronica ad alta densità di potenza e le teste laser, che stanno anche diminuendo di dimensioni e necessitano di sistemi migliori per rimuovere il calore residuo.
In precedenza, Robinson e Bar-Cohen avevano testato con successo il sistema in un ambiente di laboratorio. Questi test di volo, tuttavia, hanno dimostrato che funziona nello spazio e in ambienti con gravità variabile. Per questo motivo, Robinson e Bar-Cohen credono che la tecnologia possa essere pronta per l'integrazione in missioni reali.
