如今,太空探索最令人兴奋的事情之一就是它如何变得更具成本效益。在可重复使用的火箭,小型电子设备和低成本发射服务之间,太空变得越来越容易获得和居住。但是,这在维护航天器和卫星的常规方法方面也提出了挑战。

地勤人员恢复了在可重复使用的New Shepard火箭上发射的实验,微间隙冷却技术在该火箭上飞行了两次。学分:蓝色起源

最大的挑战之一是将电子设备包装在狭窄的空间中,这使得将它们保持在工作温度下变得更加困难。为了解决这个问题,NASA的工程师正在开发一种称为微间隙冷却技术的新系统。在最近的两次试飞中,NASA证明了这种方法可以有效地散热,并且还可以在失重的环境中运行。

这些试飞是由美国国家航空航天局(NASA)的飞行机会计划资助的,该计划是太空技术任务局的一部分,并由该机构的中心创新基金提供了额外的支持。测试是使用Blue Origin的New Shepard火箭进行的,该火箭将系统运送到亚轨道高度,然后将其返回地球。

在整个过程中,系统的功能一直由NASA工程师Franklin Robinson和Avram Bar-Cohen(马里兰大学的工程师)在NASA的戈达德太空飞行中心进行监控。他们发现微间隙冷却系统能够从紧凑包装的集成电路中去除大量的热量。

此外,该系统在低重力和高重力环境下均可工作,结果几乎相同。正如鲁滨逊所说:

重力效应是这种冷却技术的一大风险。我们的航班证明了我们的技术在所有条件下均有效。我们认为该系统代表了一种新的热管理范例。”

借助这项新技术,紧密包装的电子设备产生的热量被不导电的流体(称为HFE 7100)消除,该流体流经嵌入电路内部或电路之间的微通道并产生蒸汽。该过程允许较高的热传递速率,这可以确保高功率的电子设备不会因过热而发生故障。

这与传统的冷却方法有很大的不同,在传统的冷却方法中,电子电路以二维布局排列,使发热的硬件元件彼此保持距离。同时,电路产生的热量被传递到电路板上,并最终被导向安装在航天器上的散热器。

这项技术利用了3D电路这一新兴技术,其中电路通过互连的布线从字面上堆叠在一起。由于可以垂直和水平传输数据,因此可以缩短芯片之间的距离,并具有出色的性能。它还允许电子设备消耗更少的能量,同时也占用更少的空间。

大约四年前,罗宾逊和巴恩·科恩(Bar-Cohen)开始研究用于航天的这项技术。3D电路已集成到卫星和航天器中,将能够容纳功率密集的电子设备和激光头,它们的尺寸也在减小,并且需要更好的系统来消除废热。

以前,Robinson和Bar-Cohen已在实验室环境中成功测试了该系统。但是,这些飞行测试表明它可以在太空中以及在各种重力环境下工作。因此,鲁滨逊和巴恩·科恩(Bar-Cohen)认为该技术可能已准备好集成到实际任务中。