Dissipatori APL: oltre il 50% in meno di peso e volume

All'interno di una valigetta Pelican riconvertita, i dissipatori SPEAR sono affiancati a quelli metallici tradizionali. Presso il Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) di Laurel, nel Maryland, gli ingegneri hanno costruito e testato le prime unità di un progetto stampato in 3D che punta a ridurre dimensioni e peso di oltre il 50% mantenendo la capacità termica.

SPEAR deriva da Smart Phase-change Enhanced Re-entry. Il suo materiale di base è un PCM, ovvero un materiale a cambiamento di fase: assorbe e immagazzina calore quando passa da uno stato fisico all'altro. Quando passa dallo stato solido a quello liquido, il materiale può assorbire calore senza che la sua temperatura aumenti rapidamente come quella di un dissipatore metallico tradizionale, proprio come il ghiaccio che si scioglie in una bevanda mantiene fresca la bevanda.

I tradizionali dissipatori a cambiamento di fase sono realizzati con complesse strutture composte da parti lavorate meccanicamente. I progressi nella produzione additiva hanno spinto il team APL a tentare una strada diversa: un dissipatore monoblocco realizzato internamente. Gli ingegneri sono partiti da un dissipatore in alluminio di riferimento, quindi hanno prodotto due progetti SPEAR per testarli fianco a fianco. Uno aveva lo stesso volume della versione in alluminio; l'altro era progettato per raggiungerne la capacità termica, mostrando al contempo la possibile riduzione di dimensioni e peso.

Le unità SPEAR sono state riempite, sigillate e testate senza perdite. Un'unità di test integrata applicava calore a diversi dissipatori contemporaneamente e registrava in tempo reale le variazioni di temperatura. APL afferma che il confronto ha dimostrato le prestazioni e i vantaggi attesi per i vincoli SWaP — dimensioni, peso e potenza — mentre i suoi ingegneri hanno gestito autonomamente progettazione, stampa 3D, hardware, software e confezionamento.

L'approccio è progettato per sistemi in cui l'elettronica genera molto calore in brevi periodi, ma dispone di possibilità limitate per dissiparlo. Un dissipatore più piccolo e leggero con la stessa capacità termica potrebbe facilitare l'integrazione della gestione termica in sistemi ipersonici, spaziali, a radiofrequenza, trasmettitori e intercettori. La tecnologia resta nella fase di prototipo: APL riferisce di avere svolto i primi test internamente, mentre non vengono descritte applicazioni sul campo né produzioni.