Le technologue de Goddard, Frank Robinson, devrait piloter sa technologie de refroidissement à micro-espace à bord du lancement entièrement réutilisable de Blue Origin New Shepard. Crédit :Centre de vol spatial Goddard de la NASA/Bill Hrybyk
Une technologie émergente pour éliminer les excès, chaleur potentiellement dommageable provenant de petits, l'électronique des instruments et d'autres équipements de vol spatial compactés seront présentés pour la première fois lors d'un prochain vol suborbital à bord d'un lanceur réutilisable.
Ingénieur thermique Franklin Robinson, qui travaille au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, est prévu de faire voler son expérience à bord du lanceur Blue Origin New Shepard entièrement réutilisable pour prouver que la technologie de refroidissement par microgap est immunisée contre les effets de l'apesanteur.
La démonstration, financé par le programme Flight Opportunities de la Space Technology Mission Directorate de la NASA, est une étape importante dans la validation du système, ce qui, selon les ingénieurs, pourrait être idéal pour refroidir des emballages serrés, circuits intégrés haute puissance, électronique de puissance, têtes laser ou autres appareils. Plus l'espace entre ces appareils électroniques est petit, plus il est difficile d'évacuer la chaleur.
Parce que ces appareils sont vulnérables à la surchauffe, comme tout appareil électronique sur Terre, la technologie de refroidissement doit fonctionner dans toutes les conditions, y compris l'environnement de microgravité trouvé dans l'espace.
"Frank [Robinson] démontre le concept fondamental et nous avons besoin de la validation du vol pour gagner en confiance, " a déclaré Goddard Senior Technologist for Strategic Integration Ted Swanson. " Alors que la théorie prédit que l'absence de gravité aurait un impact négligeable sur les performances des refroidisseurs à microgap, cela doit être démontré dans un environnement de type spatial. Autrement, il est peu probable que les utilisateurs potentiels s'engagent dans la technologie."
Conduits à microcanaux
Avec refroidissement microgap, la chaleur générée par l'électronique et d'autres appareils est éliminée en faisant circuler un liquide de refroidissement à travers intégré, canaux de forme rectangulaire à l'intérieur ou entre les dispositifs de génération de chaleur. L'expérience de vol de Robinson comporte également « l'ébullition en flux, " où, comme son nom l'indique, le liquide de refroidissement bout lorsqu'il s'écoule à travers les minuscules interstices. Selon Robinson, la technique offre un taux de transfert de chaleur plus élevé, qui maintient les appareils au frais et, donc, moins susceptible d'échouer en raison d'une surchauffe.
Pour éliminer la chaleur dans les appareils électroniques plus traditionnels, les concepteurs créent un « plan d'étage ». Ils maintiennent les circuits de génération de chaleur et autres matériels aussi éloignés que possible. La chaleur se propage dans le circuit imprimé, où il est dirigé vers une pince dans la paroi latérale du boîtier électronique, finalement fait son chemin vers un radiateur monté sur boîte.
Le lanceur Blue Origin New Shepard (illustré ici) pilote une expérience conçue pour prouver que la technologie de refroidissement par microgap est immunisée contre les effets de l'apesanteur et, par conséquent, potentiellement utile pour éliminer la chaleur de l'électronique étroitement emballée sur les instruments de vol spatial. Crédit :Blue Origin
Approches traditionnelles, cependant, ne fonctionnerait pas bien pour les circuits intégrés 3-D émergents, une technologie très prometteuse qui pourrait satisfaire la soif des utilisateurs pour plus de puissance de calcul.
Avec des circuits 3D, les puces informatiques sont littéralement empilées les unes sur les autres et non réparties sur un circuit imprimé, gain de place dans les appareils et instruments électroniques. Des interconnexions relient chaque niveau à ses voisins adjacents, un peu comme la façon dont les ascenseurs relient un étage à l'autre dans un gratte-ciel. Avec un câblage plus court reliant les puces, les données se déplacent à la fois horizontalement et verticalement, amélioration de la bande passante, vitesse de calcul et performances, tout en consommant moins d'énergie.
Parce que toutes les puces ne sont pas en contact avec le circuit imprimé, les techniques de refroidissement traditionnelles ne fonctionneraient pas bien avec des circuits 3D, Robinson a dit, ajoutant qu'il avait commencé ses recherches avec le soutien de la NASA pour s'assurer que l'agence pourrait tirer parti des circuits 3D lorsqu'ils seraient disponibles. "Toutefois, nous pouvons éliminer la chaleur en faisant circuler un liquide de refroidissement à travers ces minuscules canaux intégrés."
Tester l'efficacité en microgravité
Bien que Robinson ait testé sa technologie de refroidissement à diverses orientations dans un laboratoire, la question est de savoir s'il serait tout aussi efficace dans l'espace. "Ce que nous devons déterminer, c'est à quel point les canaux doivent être petits pour atteindre l'indépendance de la gravité. À l'heure actuelle, nous n'avons pas une compréhension parfaite, " il a dit.
Si la technologie microgap réussit pendant la démonstration, la prochaine étape serait de trouver une application réelle et de la démontrer dans l'espace, dit Swanson.
Grâce au programme Opportunités de vol, la Direction des Missions Technologiques Spatiales (STMD) sélectionne les technologies prometteuses de l'industrie, les universités et le gouvernement pour les tests sur les lanceurs commerciaux. Le programme est financé par STMD, et géré au Armstrong Flight Research Center de la NASA à Edwards, Californie.
STMD est chargé de développer le transversal, novateur, nouvelles technologies et capacités dont l'agence a besoin pour accomplir ses missions actuelles et futures.
