Погода на Венере как что-то из Данте Inferno. Средняя температура поверхности - 737 К (462 ° С; 864 ° F) - достаточно высокая, чтобы расплавить свинец, а атмосферное давление в 92 раза выше, чем у Земли на уровне моря (9,2 МПа). По этой причине очень немногие роботизированные миссии когда-либо совершали его на поверхность Венеры, и те, которые длились недолго - от примерно 20 минут до чуть более двух часов.
Поэтому НАСА, с учетом будущих миссий, стремится создавать роботизированные миссии и компоненты, которые могут выживать в атмосфере Венеры в течение длительных периодов времени. Они включают электронику следующего поколения, которую недавно представили исследователи из Исследовательского центра Гленна (GRC) НАСА. Эта электроника позволит посадке исследовать поверхность Венеры в течение нескольких недель, месяцев или даже лет.
В прошлом корабли, разрабатываемые Советами и НАСА для исследования Венеры - как часть Venera а также мореплаватель Программы соответственно - опирались на стандартную электронику, в основе которой были кремниевые полупроводники. Они просто не способны работать в условиях температуры и давления, которые существуют на поверхности Венеры, и поэтому требуют наличия защитных кожухов и систем охлаждения.
Естественно, это было только вопросом времени, когда эти средства защиты не сработали, и зонды прекратили передачу. Запись была достигнута Советами с их Венера 13 зонд, который передается в течение 127 минут между его спуском и посадкой. Заглядывая в будущее, НАСА и другие космические агентства хотят разработать зонды, которые могут собрать как можно больше информации об атмосфере, поверхности и геологической истории Венеры до истечения времени ожидания.
Чтобы сделать это, команда GRC НАСА работает над разработкой электроники, основанной на полупроводниках из карбида кремния (SiC), которая могла бы работать при температурах Венеры или выше. Недавно группа провела демонстрацию с использованием первых в мире микросхем на основе SiC с умеренной сложностью, которые состояли из десятков или более транзисторов в форме основных цифровых логических схем и аналоговых усилителей.
Эти схемы, которые будут использоваться во всех электронных системах будущего полета, могли работать до 4000 часов при температуре 500 ° C (932 ° F) - эффективно продемонстрировали, что они могут выживать в условиях, подобных Венере, в течение длительного времени. периоды. Эти испытания проводились на буровой установке Glenn Extreme Environments (GEER), которая моделировала состояние поверхности Венеры, включая как экстремальную температуру, так и высокое давление.
Еще в апреле 2016 года группа GRC провела испытания 12-транзисторного кольцевого генератора SiC с использованием GEER в течение 521 часа (21,7 дня). Во время испытаний они подняли, они подвергли контуров температурам до 460 ° C (860 ° F), атмосферному давлению 9,3 МПа и сверхкритическим уровням CO² (и других следовых газов). На протяжении всего процесса SiC-генератор демонстрировал хорошую стабильность и продолжал функционировать.
Этот тест был закончен через 21 день по причинам, связанным с расписанием, и мог продолжаться гораздо дольше. Тем не менее, продолжительность составила значительный мировой рекорд, будучи на несколько порядков дольше, чем любая другая демонстрация или миссия, которая была проведена. Подобные испытания показали, что цепи кольцевого генератора могут выживать в течение тысяч часов при температуре 500 ° C (932 ° F) в условиях окружающей среды Земля-воздух.
Такая электроника представляет собой основной сдвиг для НАСА и освоения космоса и позволит выполнять миссии, которые ранее были невозможны. Научное управление НАСА (SMD) планирует включить электронику SiC в свой долговременный in-situ Solar System Explorer (LLISSE). В настоящее время разрабатывается прототип для этой недорогой концепции, которая обеспечит основные, но очень ценные научные измерения с поверхности Венеры на месяцы или дольше.
Другие планы по созданию выживающего исследователя Венеры включают Automaton Rover для экстремальных сред (AREE), концепцию «стимпанк ровера», которая опирается на аналоговые компоненты, а не на сложные электронные системы. В то время как эта концепция стремится полностью избавиться от электроники, чтобы миссия Венеры могла работать бесконечно, новая электроника SiC позволит более сложным роверам продолжать работать в экстремальных условиях.
Помимо Венеры, эта новая технология может также привести к появлению новых классов зондов, способных исследовать газовые гиганты - то есть Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, - где температура и давление в прошлом были непомерными. Но зонд, который опирается на закаленную оболочку и электронные схемы SiC, может очень хорошо проникнуть глубоко внутрь этих планет и обнаружить поразительные новые вещи об их атмосфере и магнитных полях.
Поверхность Меркурия также может быть доступна для роверов и приземлителей, использующих эту новую технологию - даже в дневное время, когда температура достигает высокой отметки 700 К (427 ° С; 800 ° F). Здесь, на Земле, существует множество экстремальных условий, которые теперь можно исследовать с помощью цепей SiC. Например, беспилотники, оснащенные электроникой SiC, могут контролировать глубоководное бурение на нефть или исследовать глубины Земли.
Существуют также коммерческие применения, включающие авиационные двигатели и промышленные процессоры, где из-за сильной жары или давления электронный контроль традиционно невозможен. Теперь такие системы можно сделать «умными», когда они способны контролировать себя, а не полагаться на операторов или человеческий контроль.
С экстремальными кругами и (когда-нибудь) экстремальными материалами можно исследовать практически любую среду. Может быть, даже интерьер звезды!
