下一代冷卻系統(tǒng)或?qū)?shí)現(xiàn)軌道燃料加注，為月球、火星及更遠(yuǎn)深空的航行鋪平道路。

麻省理工學(xué)院核科學(xué)與工程系五年級(jí)博士生馬可·格拉菲迪正在研究一項(xiàng)有望推動(dòng)下一代核反應(yīng)堆和航天器發(fā)展的技術(shù)過(guò)程。

"淬冷"是一種高效的傳熱過(guò)程，有望進(jìn)一步提升全球最高效冷卻系統(tǒng)的性能。

例如，該過(guò)程可實(shí)現(xiàn)太空中的高效燃料加注 —— 這正是埃隆·馬斯克旗下SpaceX公司試圖通過(guò)其星艦計(jì)劃解決的難題之一。

面向下一代冷卻系統(tǒng)的淬冷技術(shù)

淬冷能快速?gòu)谋砻嬉瞥裏崃浚@使其成為下一代冷卻系統(tǒng)的理想選擇。然而，若應(yīng)用于太空和核反應(yīng)堆堆芯環(huán)境，其工作效率必須達(dá)到極高水準(zhǔn)。

這正是格拉菲迪研究的切入點(diǎn)。該研究的主要資助方美國(guó)國(guó)家航空航天局希望防止低溫燃料沸騰。在太空飛行過(guò)程中，燃料沸騰會(huì)導(dǎo)致燃料損失，并迫使航天器排放蒸氣以避免儲(chǔ)罐壓力過(guò)高。
麻省理工學(xué)院新聞報(bào)道指出，格拉菲迪的目標(biāo)正是攻克這些難題。他的研究核心在于加速低溫冷卻過(guò)程中形成的隔熱蒸氣膜的潰滅 —— 此現(xiàn)象被稱(chēng)為萊頓弗羅斯特效應(yīng)。

通過(guò)微觀層面研究淬冷機(jī)理，格拉菲迪旨在實(shí)現(xiàn)更快速的軌道燃料加注。他同時(shí)相信，這項(xiàng)研究也能用于增強(qiáng)地球上的核反應(yīng)堆堆芯冷卻以及數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)。

此外，格拉菲迪正另辟蹊徑，探索使用介電流體對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行浸沒(méi)式冷卻 —— 這類(lèi)不導(dǎo)電液體通過(guò)沸騰過(guò)程帶走熱量。這些流體的臨界熱通量低于水，從而限制了冷卻效率。在最近發(fā)表于《應(yīng)用熱力工程》期刊的一篇論文中，格拉菲迪證實(shí)，施加高電場(chǎng)可提升臨界熱通量，并實(shí)現(xiàn)無(wú)重力沸騰 —— 這對(duì)電動(dòng)汽車(chē)和高性能計(jì)算領(lǐng)域至關(guān)重要。

高效冷卻技術(shù)需求迫切

全球一些頂級(jí)科技公司正將高效冷卻技術(shù)列為重點(diǎn)議程。高盛集團(tuán)的一份報(bào)告指出，到2030年，由人工智能驅(qū)動(dòng)的能源需求增幅可能高達(dá)165%。

來(lái)自新加坡的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)以及谷歌前首席執(zhí)行官埃里克·施密特近期提出在軌道上建造數(shù)據(jù)中心的設(shè)想。然而，該技術(shù)尚未經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，這意味著地球仍迫切需要更高效的冷卻系統(tǒng)。

對(duì)于SpaceX而言，燃料傳輸過(guò)程中的高效冷卻同樣是重中之重。NASA正依賴(lài)馬斯克的這家私營(yíng)太空公司為其"阿耳忒彌斯III號(hào)"登月任務(wù)提供星艦月球著陸器。但若要飛往月球，星艦必須能夠在軌道上高效進(jìn)行燃料轉(zhuǎn)移。一項(xiàng)關(guān)鍵的星艦燃料加注測(cè)試原定于今年進(jìn)行，現(xiàn)已推遲至2026年。

SpaceX可能在努力應(yīng)對(duì)"沸騰蒸發(fā)"這一難題。該問(wèn)題是指低溫推進(jìn)劑因持續(xù)微小的溫度波動(dòng)而升華。隨著推進(jìn)劑不斷沸騰蒸發(fā)，產(chǎn)生的氣體會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐壓力上升。

這就需要進(jìn)行排氣，從而導(dǎo)致燃料損失，并需要向軌道發(fā)射更多星艦燃料運(yùn)輸船。改進(jìn)的冷卻系統(tǒng)或可提供解決方案，因其能保護(hù)燃料免受太空中持續(xù)變化的環(huán)境條件影響。

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