Die NASA hat eine neue Methode zum Abkühlen von Elektronik, die in einem Raumschiff zusammengepfercht ist
Einer der aufregendsten Aspekte der heutigen Weltraumforschung ist die Art und Weise, wie sie kostengünstiger wird. Zwischen wiederverwendbaren Raketen, miniaturisierter Elektronik und kostengünstigen Startdiensten wird der Weltraum immer zugänglicher und bevölkerter. Dies stellt jedoch auch eine Herausforderung für konventionelle Methoden zur Wartung von Raumfahrzeugen und Satelliten dar.
Eine der größten Herausforderungen besteht darin, Elektronik auf engstem Raum unterzubringen, was es schwieriger macht, sie auf Betriebstemperatur zu halten. Um dieses Problem anzugehen, entwickeln Ingenieure der NASA ein neues System, das als Microgap-Cooling-Technologie bekannt ist. Während zwei aktuelle Testflüge , hat die NASA gezeigt, dass diese Methode Wärme effektiv ableitet und auch in einer schwerelosen Umgebung funktionieren kann.
Diese Testflüge wurden von der NASA finanziert Flugmöglichkeiten-Programm , die ein Teil der Missionsdirektion Raumfahrttechnologie mit zusätzlicher Unterstützung durch die Agentur Zentrum Innovationsfonds . Die Tests wurden mit einem Blue Origin . durchgeführt Neuer Hirte Rakete, die das System in suborbitale Höhen transportierte und dann zur Erde zurückbrachte.
Der Start der New Shepard-Rakete vom Startplatz von Blue Origin in Texas am 23. November 2015. Bildnachweis: Blue Origin.
Während der gesamten Zeit wurde die Funktionalität des Systems vom Goddard Space Flight Center der NASA von NASA-Ingenieur Franklin Robinson und Avram Bar-Cohen (einem Ingenieur der University of Maryland) überwacht. Sie fanden heraus, dass das Mikrospalt-Kühlsystem in der Lage war, große Wärmemengen aus dicht gepackten integrierten Schaltkreisen abzuleiten.
Darüber hinaus funktionierte das System sowohl in Umgebungen mit geringer als auch mit hoher Schwerkraft mit nahezu identischen Ergebnissen. Als Robinson erklärt :
„Schwerkrafteffekte sind ein großes Risiko bei dieser Art von Kühltechnologie. Unsere Flüge haben bewiesen, dass unsere Technologie unter allen Bedingungen funktioniert. Wir glauben, dass dieses System ein neues Paradigma für das Wärmemanagement darstellt.“
Bei dieser neuen Technologie wird die von der dicht gepackten Elektronik erzeugte Wärme durch eine nicht leitende Flüssigkeit (bekannt als HFE 7100) abgeführt, die durch Mikrokanäle fließt, die in oder zwischen den Schaltkreisen eingebettet sind und Dampf erzeugt. Dieser Prozess ermöglicht eine höhere Wärmeübertragungsrate, wodurch sichergestellt werden kann, dass elektronische Hochleistungsgeräte weniger wahrscheinlich aufgrund von Überhitzung ausfallen.
Dies stellt eine große Abkehr von herkömmlichen Kühlkonzepten dar, bei denen elektronische Schaltungen in einem zweidimensionalen Layout angeordnet sind, das wärmeerzeugende Hardwareelemente weit voneinander entfernt hält. Währenddessen wird die von den elektrischen Schaltkreisen erzeugte Wärme auf die Leiterplatte übertragen und schließlich zu einem im Raumfahrzeug montierten Kühler geleitet.
Die Mikrospalt-Kühltechnologie, die vom Goddard-Technologen Franklin Robinson und dem Professor von der University of Maryland, Avram Bar-Cohen, entwickelt wurde. Credits: NASA/Franklin Robinson
Diese Technologie nutzt die Vorteile von 3D-Schaltkreisen, einer aufkommenden Technologie, bei der Schaltkreise mit Verbindungskabeln buchstäblich übereinander gestapelt werden. Dies ermöglicht kürzere Abstände zwischen den Chips und eine überlegene Leistung, da Daten sowohl vertikal als auch horizontal übertragen werden können. Es ermöglicht auch eine Elektronik, die weniger Energie verbraucht und gleichzeitig weniger Platz beansprucht.
Vor etwa vier Jahren begannen Robinson und Bar-Cohen, diese Technologie für die Raumfahrt zu untersuchen. Integriert in Satelliten und Raumfahrzeuge könnten 3D-Schaltungen leistungsdichte Elektronik und Laserköpfe aufnehmen, die ebenfalls kleiner werden und bessere Systeme zum Abführen von Abwärme benötigen.
Zuvor hatten Robinson und Bar-Cohen das System erfolgreich in einer Laborumgebung getestet. Diese Flugtests haben jedoch gezeigt, dass es im Weltraum und unter unterschiedlichen Schwerkraftumgebungen funktioniert. Aus diesem Grund glauben Robinson und Bar-Cohen, dass die Technologie für die Integration in tatsächliche Missionen bereit sein könnte.
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