Одна из самых захватывающих вещей в освоении космоса сегодня — это то, как оно становится более рентабельным. Между повторно используемыми ракетами, миниатюрной электроникой и недорогими службами запуска пространство становится все более доступным и населенным. Однако это также представляет собой проблему, когда речь идет о традиционных методах обслуживания космических аппаратов и спутников.
Одной из самых больших проблем является упаковка электроники в более узкие пространства, что затрудняет их поддержание при рабочих температурах. Чтобы решить эту проблему, инженеры НАСА разрабатывают новую систему, известную как технология микропроцессорного охлаждения. Во время двух недавних испытательных полетов НАСА продемонстрировало, что этот метод эффективен при удалении тепла, а также может функционировать в условиях невесомости.
Эти испытательные полеты финансировались в рамках программы НАСА «Возможности полетов», которая является частью Управления космических технологий при дополнительной поддержке Центра инновационного фонда Агентства. Испытания проводились с использованием ракеты Blue Shepard New Shepard , которая транспортировала систему на суборбитальные высоты и затем возвращала ее на Землю.
Все время функциональность системы контролировалась из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА инженером НАСА Франклином Робинсоном и Аврамом Бар-Коэном (инженером из Университета Мэриленда). Они обнаружили, что система микропроцессорного охлаждения способна отводить большое количество тепла от плотно упакованных интегральных схем.
Более того, система работала как в условиях низкой, так и высокой гравитации с почти одинаковыми результатами. Как объяснил Робинсон :
«Гравитационные эффекты представляют большой риск в этом типе технологии охлаждения. Наши полеты доказали, что наша технология работает в любых условиях. Мы считаем, что эта система представляет новую парадигму терморегулирования ».
С помощью этой новой технологии тепло, генерируемое плотно упакованной электроникой, отводится непроводящей жидкостью (известной как HFE 7100), которая протекает через микроканалы, встроенные в или между контурами, и производит пар. Этот процесс обеспечивает более высокую скорость теплопередачи, что может обеспечить снижение вероятности выхода из строя мощных электронных устройств из-за перегрева.
Это представляет собой большой отход от традиционных подходов к охлаждению, когда электронные схемы расположены в двухмерной компоновке, которая удерживает тепловыделяющие элементы оборудования далеко друг от друга. Между тем, тепло, генерируемое электрическими цепями, передается на печатную плату и в конечном итоге направляется к радиатору, установленному на космическом корабле.
Эта технология использует преимущества трехмерной схемы, новой технологии, в которой схемы буквально соединены друг с другом с помощью соединительной проводки. Это позволяет сократить расстояние между чипами и повысить производительность, поскольку данные могут передаваться как по вертикали, так и по горизонтали. Это также позволяет электронике потреблять меньше энергии и занимать меньше места.
Примерно четыре года назад Робинсон и Бар-Коэн начали исследовать эту технологию для космических полетов. Интегрированные в спутники и космические корабли, трехмерные схемы могли бы вместить мощную электронику и лазерные головки, которые также уменьшаются в размерах и нуждаются в более совершенных системах для отвода отработанного тепла.
Ранее Робинсон и Бар-Коэн успешно протестировали систему в лабораторных условиях. Эти летные испытания, однако, показали, что он работает в космосе и в условиях изменяющейся гравитации. По этой причине Робинсон и Бар-Коэн полагают, что технология может быть готова для интеграции в реальные миссии.