Projekt EMC3 - Efficient MagnetoCaloric Cooling Components

Abstract

Im E-MC3-Projekt (Efficient MagnetoCaloric Cooling Components) zur Chip- und Kompontenkühlung sollte basierend auf magnetokalorischer Kühlung eine neue, effiziente Art des Thermalmanagements erforscht werden. DSI Aerospace GmbH war Teil des Konsortiums und insbesondere für das Teilvorhaben Demonstration von Magnetokalorischen Kühlkomponenten unter Weltraumumgebung verantwortlich. Zunächst erfolgte eine umfangreiche Anforderungsanalyse, welche auf aktuellen und zukünftigen Anforderungen von Satellitenanwendungen beruht. Der Fokus lag dabei auf den Einheiten zur Datenprozessierung, wobei der Trend klar Richtung höherer Rechenleistung, bei gleichzeitig kompakteren Designs geht. Exemplarisch wurden Komponenten ausgewählt und die Leistungsaufnahme dieser Komponenten evaluiert. Die Ergebnisse wurden mit den Projektpartnern geteilt und als Grundlage für ein mögliches MKM basiertes Kühlsystem herangezogen. Dabei war es nicht die Zielvorgabe der späteren Kühlleistung des Demonstrators, sondern ein allgemeines Verständnis, welche Verlustleistung durch ein solches System abgeführt werden müssten. Um die Komplexität des Designs insgesamt, aber auch um eine gezielte Temperaturmessung auf FPGAs zu erreichen, wurden Konzepte zu synthetisierbaren Temperatursensoren betrachtet, welche auch abseits von E-MC3 Anwendung in realen Produkten finden könnten. Um den erarbeiteten Demonstrator unter realen Umgebungsbedingungen zu testen, wurde eine Testkampagne in der TV-Kammer von DSI geplant. Durch die genauere Spezifikation und Abstimmungen im Konsortium, konnte der anvisierte Messaufbau entsprechend den limitierenden Vorgaben (u.a. Materialien, Abmessungen, Druck, Temperatur) definiert werden. Der Demonstrator und alle benötigten Komponenten zur Messung wurden in der TVKammer aufgebaut und eine Messkampagne durchgeführt. Die Ergebnisse der Messungen wurden seitens DSI an die Projektpartner IRAS und IPKM zur weiteren Evaluation übermittelt. Mit dem aktuellen Demonstrator konnten noch keine Kühlleistung erreicht werden, welche sich direkt für die aktive Abfuhr der Verlustleistung in der Raumfahrtelektronik einsetzen lässt. Dennoch ist durch E-MC3 eine alternative Methode für ein zukünftiges Thermalmanagement erarbeitet worden. Mögliche Potenziale in Satellitenanwendungen wurden durch DSI in Gesprächen mit Kunden und Partnern aus der Industrie diskutiert, auch um weitere Forschung an diesem Thema zu initiieren.