Materiales espaciales de alta eficiencia térmica para satélites de nueva generación
El espacio es la próxima frontera para muchas industrias. Como en el futuro se dependerá más de la tecnología espacial, como los satélites, los componentes tecnológicos tendrán que mejorar constantemente. Esto incluye las tecnologías de banda prohibida ancha (WBG, por sus siglas en inglés). Estos semiconductores se utilizan ampliamente en unidades eléctricas de satélites, como las de conversión de potencia y amplificación de señales en la sección de salida de la carga útil del satélite. Aumentar la potencia de los componentes electrónicos y reducir su tamaño mejorará el rendimiento de los satélites. Sin embargo, más funciones en espacios más reducidos aumentan la densidad de potencia y el calor que se debe liberar. En el proyecto HEATPACK, financiado con fondos europeos, los investigadores desarrollaron nuevas tecnologías para mantener fríos estos componentes en el espacio. «Disponer de materiales de baja resistencia térmica es importante por varias razones», explica David Névo, ingeniero de Envasado de Microondas en Thales Alenia Space y coordinador del proyecto HEATPACK. «Extraer eficazmente el calor de los componentes y mantenerlos lo más fríos posible tendrá una enorme repercusión en su fiabilidad y su vida útil, algo fundamental ya que algunas misiones espaciales tienen que durar hasta quince años y no permiten reparaciones».
Desarrollo de materiales térmicos innovadores
El equipo de HEATPACK creó una gama de materiales e innovaciones de alta eficiencia térmica, destinados a la sección de potencia de salida de los satélites para misiones de comunicación y navegación, y a todas las unidades de potencia relacionadas con los equipos de carga útil de los satélites. Las innovaciones incluyen materiales compuestos basados en partículas de diamante, que tienen una conductividad térmica extremadamente alta, unas cinco veces superior a la del cobre puro. Dar forma a estos materiales es todo un reto, al igual que conseguir el acabado superficial requerido. Por esta razón, los investigadores de HEATPACK exploraron nuevos preparados y técnicas de corte para lograr calidades de alta precisión a base de diamante. También desarrollaron dos materiales de interfaz térmica (MIT): uno basado en una pasta de plata sinterizada y otro en una película adhesiva conductora eléctrica y térmica, que se utilizan durante el montaje de componentes y paquetes, respectivamente. En HEATPACK también se han creado innovaciones de refrigeración activa, una alternativa mejor y más rentable que la refrigeración pasiva. Este sistema bifásico bombea líquido en un movimiento oscilatorio alrededor de tuberías en forma de serpentina que atraviesa varias veces las regiones calientes y frías para eliminar el calor latente, lo que produce un rendimiento de refrigeración muy eficaz. A partir de estos componentes tecnológicos, se han diseñado y fabricado tres paquetes diferentes, que luego se han evaluado en función de las condiciones espaciales.
Cumplir las expectativas del proyecto
«En términos generales, se ha avanzado mucho en el desarrollo de estos componentes tecnológicos críticos dedicados a cuestiones de gestión térmica», afirma Névo. Algunas de las tecnologías de HEATPACK han alcanzado el nivel 6 de preparación tecnológica, como los materiales compuestos de diamante. Se siguen realizando pruebas con otras innovaciones, con la esperanza de alcanzar el mismo nivel. «Uno de los principales resultados obtenidos es que el rendimiento térmico de los demostradores, que integran varias tecnologías desarrolladas por los socios del proyecto, cumple las expectativas fijadas al inicio del proyecto», señala Névo.
Tecnologías listas para la comercialización
Algunas de las tecnologías están listas para ser comercializadas, entre ellas los compuestos de metal y diamante, así como una innovadora técnica de medición térmica también desarrollada en el proyecto. «El objetivo principal eran las aplicaciones espaciales, pero las tecnologías pueden proponerse también para otros mercados; de hecho, para cualquier aplicación en la que haya que resolver algunos problemas de gestión térmica», explica Névo.
Palabras clave
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