Một trong những điều thú vị nhất về thám hiểm không gian ngày nay là những cách mà nó ngày càng hiệu quả hơn về mặt chi phí. Giữa các tên lửa có thể tái sử dụng, thiết bị điện tử thu nhỏ và dịch vụ phóng giá rẻ, không gian ngày càng trở nên dễ tiếp cận và đông dân hơn. Tuy nhiên, điều này cũng đưa ra một thách thức khi nói đến các phương pháp thông thường để duy trì tàu vũ trụ và vệ tinh.
Một trong những thách thức lớn nhất là đóng gói đồ điện tử vào không gian chật hẹp hơn, khiến cho việc giữ chúng ở nhiệt độ hoạt động khó khăn hơn. Để giải quyết vấn đề này, các kỹ sư tại NASA đang phát triển một hệ thống mới được gọi là công nghệ làm mát microgap. Trong hai chuyến bay thử nghiệm gần đây, NASA đã chứng minh rằng phương pháp này có hiệu quả trong việc loại bỏ nhiệt và cũng có thể hoạt động trong môi trường không trọng lượng.
Các chuyến bay thử nghiệm này được tài trợ thông qua chương trình Cơ hội chuyến bay của NASA, là một phần của Ban Giám đốc Sứ mệnh Công nghệ Vũ trụ với sự hỗ trợ bổ sung được cung cấp bởi Quỹ Đổi mới Trung tâm của Trung tâm. Các thử nghiệm đã được thực hiện bằng cách sử dụng tên lửa Blue Origin từ New Shepard, vận chuyển hệ thống đến độ cao dưới lòng đất và sau đó đưa nó trở lại Trái đất.
Toàn bộ thời gian, chức năng của hệ thống được theo dõi từ Trung tâm bay không gian NASA God Goddard của kỹ sư NASA Franklin Robinson và Avram Bar-Cohen (một kỹ sư từ Đại học Maryland). Những gì họ tìm thấy là hệ thống làm mát microgap có thể loại bỏ lượng nhiệt lớn từ các mạch tích hợp chặt chẽ.
Hơn thế nữa, hệ thống này hoạt động trong cả môi trường trọng lực thấp và trọng lực cao với kết quả gần như giống hệt nhau. Như Robinson đã giải thích:
Hiệu ứng Gravity là một rủi ro lớn trong loại công nghệ làm mát này. Các chuyến bay của chúng tôi đã chứng minh rằng công nghệ của chúng tôi hoạt động trong mọi điều kiện. Chúng tôi nghĩ rằng hệ thống này đại diện cho một mô hình quản lý nhiệt mới.
Với công nghệ mới này, nhiệt được tạo ra bởi các thiết bị điện tử được đóng gói chặt chẽ được loại bỏ bởi một chất lỏng không dẫn điện (được gọi là HFE 7100) chảy qua các vi mạch được nhúng trong hoặc giữa các mạch và tạo ra hơi. Quá trình này cho phép tốc độ truyền nhiệt cao hơn, có thể đảm bảo rằng các thiết bị điện tử công suất cao sẽ ít có khả năng bị hỏng do quá nóng.
Điều này thể hiện một sự khởi đầu lớn từ các phương pháp làm mát thông thường, trong đó các mạch điện tử được bố trí theo bố cục hai chiều, giữ cho các phần tử phần cứng tạo nhiệt cách xa nhau. Trong khi đó, nhiệt được tạo ra bởi các mạch điện được truyền đến bảng mạch và cuối cùng hướng về phía bộ tản nhiệt gắn trên tàu vũ trụ.
Công nghệ này tận dụng lợi thế của mạch 3D, một công nghệ mới nổi trong đó các mạch được xếp chồng lên nhau theo nghĩa đen với hệ thống dây kết nối. Điều này cho phép khoảng cách ngắn hơn giữa các chip và hiệu suất vượt trội do dữ liệu có thể được truyền theo cả chiều dọc và chiều ngang. Nó cũng cho phép các thiết bị điện tử tiêu thụ ít năng lượng hơn trong khi cũng chiếm ít không gian hơn.
Khoảng bốn năm trước, Robinson và Bar-Cohen đã bắt đầu nghiên cứu công nghệ này cho các mục đích của không gian vũ trụ. Được tích hợp vào các vệ tinh và tàu vũ trụ, các mạch 3D sẽ có thể chứa các đầu điện tử và laser dày đặc, cũng đang giảm kích thước và cần các hệ thống tốt hơn để loại bỏ nhiệt thải.
Trước đây, Robinson và Bar-Cohen đã thử nghiệm thành công hệ thống này trong môi trường phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, các thử nghiệm bay này đã chứng minh rằng nó hoạt động trong không gian và trong các môi trường trọng lực khác nhau. Vì lý do này, Robinson và Bar-Cohen tin rằng công nghệ này có thể sẵn sàng để tích hợp vào các nhiệm vụ thực tế.
