Protótipos APL de dissipadores reduzem mais de 50% tamanho e peso

Dentro de uma mala Pelican adaptada, os dissipadores de calor SPEAR estão ao lado de dissipadores metálicos tradicionais. No Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins (APL), em Laurel, Maryland, os engenheiros construíram e testaram as primeiras unidades de um projeto impresso em 3D que pretende reduzir o tamanho e o peso em mais de 50%, mantendo a capacidade térmica.

SPEAR deriva de Smart Phase-change Enhanced Re-entry. O seu material principal é um PCM, ou material de mudança de fase: absorve e armazena calor ao passar de um estado físico para outro. À medida que o material passa do estado sólido para o líquido, pode absorver calor sem que a sua temperatura suba tão rapidamente como a de um dissipador de calor metálico tradicional — tal como o gelo a derreter numa bebida mantém a bebida fresca.

Os dissipadores de calor tradicionais de mudança de fase são constituídos por complexos conjuntos de peças maquinadas. Os avanços no fabrico aditivo levaram a equipa da APL a experimentar uma abordagem diferente: um dissipador de calor de peça única, fabricado internamente. Os engenheiros começaram com um dissipador de calor de alumínio de referência e depois fabricaram dois projetos SPEAR para testes lado a lado. Um tinha o mesmo volume que a versão de alumínio; o outro foi concebido para igualar a sua capacidade térmica, demonstrando simultaneamente a possível redução de tamanho e peso.

As unidades SPEAR foram enchidas, seladas e testadas sem fugas. Uma unidade de teste integrada aplicou calor a vários dissipadores em simultâneo e registou as alterações de temperatura em tempo real. A APL afirma que a comparação demonstrou o desempenho esperado e as vantagens para restrições SWaP — tamanho, peso e potência —, enquanto os seus engenheiros trataram internamente do projeto, da impressão 3D, do hardware, do software e do encapsulamento.

A abordagem foi concebida para sistemas em que os componentes eletrónicos geram muito calor durante períodos curtos, mas dispõem de poucas formas de o libertar. Um dissipador de calor mais pequeno e leve com a mesma capacidade térmica poderia ajudar a integrar a gestão térmica em sistemas hipersónicos, espaciais, de radiofrequência, transmissores e intercetores. A afirmação continua na fase de protótipo: a APL relata testes iniciais internos, mas não descreve qualquer utilização no terreno ou produção.