今日の宇宙探査で最もエキサイティングなことの1つは、費用対効果が高くなる方法です。再利用可能なロケット、小型化された電子機器、および低コストの打ち上げサービスの間で、スペースはよりアクセスしやすくなり、人口が増えています。しかし、これは、宇宙船や衛星を維持するための従来の方法に関しても課題を提示します。
最大の課題の1つは、電子機器をより狭いスペースに梱包することです。これにより、電子機器を動作温度に保つことが難しくなります。これに対処するために、NASAのエンジニアはマイクロギャップ冷却技術と呼ばれる新しいシステムを開発しています。最近の2つのテストフライト中に、NASAはこの方法が熱の除去に効果的であり、無重力環境でも機能できることを示しました。
これらのテストフライトは、NASAのFlight Opportunitiesプログラムを通じて資金提供されました。これは、宇宙技術ミッション総局の一部であり、エージェンシーのセンターイノベーションファンドによる追加のサポートを提供しています。テストは、Blue Originの新しいShepardロケットを使用して行われました。ロケットは、システムを準軌道高度に輸送し、その後、地球に戻しました。
ずっとシステムの機能はNASAのゴダード宇宙飛行センターからNASAエンジニアのフランクリンロビンソンとアヴラムバーコーエン（メリーランド大学のエンジニア）によって監視されていました。彼らが発見したのは、マイクロギャップ冷却システムが、密に詰まった集積回路から大量の熱を除去できることでした。
さらに、このシステムは低重力環境と高重力環境の両方で機能し、ほぼ同じ結果が得られました。ロビンソンが説明したように：
「重力の影響は、このタイプの冷却技術では大きなリスクです。私たちの飛行は、私たちの技術があらゆる条件下で機能することを証明しました。このシステムは、新しい熱管理パラダイムを表していると思います。」
この新技術では、密に詰め込まれた電子機器によって生成された熱は、回路内または回路間に埋め込まれたマイクロチャネルを通って流れ、蒸気を生成する非導電性流体（HFE 7100として知られている）によって取り除かれます。このプロセスにより、より高速の熱伝達が可能になり、高出力の電子デバイスが過熱により故障する可能性が低くなります。
これは、発熱するハードウェア要素を互いに遠ざけるために、電子回路が2次元レイアウトで配置される従来の冷却アプローチからの大きな離脱を表しています。一方、電気回路によって生成された熱は回路基板に伝達され、最終的には宇宙船に搭載されたラジエーターに向けられます。
このテクノロジーは3D回路を利用しています。3D回路は、文字通り相互に配線を積み重ねて回路を積み重ねる新しいテクノロジーです。これにより、データを垂直方向と水平方向の両方に転送できるため、チップ間の距離が短くなり、パフォーマンスが向上します。また、省スペースで省エネルギーの電子機器も実現します。
およそ4年前、ロビンソンとバーコーエンは宇宙飛行を目的としてこの技術の調査を始めました。衛星や宇宙船に統合された3D回路は、電力密度の高い電子機器やレーザーヘッドに対応できます。これらもサイズが小さくなり、廃熱を除去するためのより良いシステムが必要です。
以前は、ロビンソンとバーコーエンは実験室環境でシステムを正常にテストしていました。ただし、これらの飛行試験は、宇宙で、さまざまな重力環境下で機能することを示しています。このため、Robinson氏とBar-Cohen氏は、このテクノロジーは実際のミッションに統合する準備ができていると考えています。
