Az időjárás a Vénuszon olyan, mint valami Dante-ból Pokol. Az átlagos felszíni hőmérséklet - 737 K (462 ° C; 864 ° F) - elég meleg ahhoz, hogy az ólom megolvadjon, és a légköri nyomás 92-szerese a Föld tengerszint feletti magasságának (9,2 MPa). Ezért nagyon kevés robotmisszió történt valaha a Vénusz felszínén, és azok, amelyek nem tartottak sokáig - kb. 20 perctől alig több mint két óráig.
Ezért a NASA a jövőbeli küldetések szem előtt tartásával olyan robotmissziókat és összetevőket kíván létrehozni, amelyek hosszabb ideig képesek megmaradni a Vénusz légkörében. Ide tartozik a következő generációs elektronika, amelyet a NASA Glenn Research Center (GRC) nemrégiben mutattak be. Ez az elektronika lehetővé tenné a leszállók számára, hogy hetek, hónapok vagy akár évekig is felfedezzék a Vénusz felszínét.
A múltban a szovjetek és a NASA által kidolgozott leszállók Vénusz felfedezésére - a Venera és Tengerész programok, illetve a szokásos elektronikára támaszkodtak, amelyek szilikon félvezetőkre épültek. Ezek egyszerűen nem képesek működni a Vénusz felületén fennálló hőmérsékleti és nyomásviszonyok között, ezért szükségük van védőburkolatokra és hűtőrendszerekre.
Természetesen csak idő kérdése volt, mielőtt ezek a védelem meghiúsult, és a szondák abbahagyták az átvitelt. A rekordot a szovjetek érte el Venera 13 egy szonda, amely 127 percig továbbadt a leszállás és a leszállás között. A jövőre nézve a NASA és más űrügynökségek olyan szondákat akarnak kifejleszteni, amelyek minél több információt gyűjthetnek a Vénusz légköréről, felületéről és geológiai történeleméről, mielőtt lejártak.
Ennek érdekében a NASA GRC csoportja dolgozott azon elektronika kifejlesztésén, amely szilikon-karbid (SiC) félvezetőkre támaszkodik és képes lenne a Vénusz hőmérsékletein vagy annál magasabb hőmérsékleten működni. A közelmúltban a csoport demonstrációt végzett a világ első, közepesen összetett, SiC-alapú mikroáramköre segítségével, amely több tíz vagy több tranzisztorból állt magban lévő digitális logikai áramkörök és analóg műveleti erősítők formájában.
Ezek az áramkörök, amelyeket egy jövőbeli küldetés egész elektronikus rendszerében használnának, akár 4000 órán keresztül is képesek voltak működni 500 ° C (932 ° F) hőmérsékleten - hatékonyan bizonyították, hogy hosszabb ideig megmaradhatnak Vénusz-szerű körülmények között. időszakokban. Ezeket a teszteket a Glenn Extreme Environments Rig-ben (GEER) végezték, amely a Vénusz felületi állapotát szimulálta, ideértve a szélsőséges hőmérsékletet és a magas nyomást is.
A GRC csapata 2016. áprilisában egy SiC 12 tranzisztoros gyűrű oszcillátort tesztelt a GEER segítségével 521 órán keresztül (21,7 nap). A vizsgálat során felhívták őket, hogy az áramköröket 460 ° C (860 ° F) hőmérsékletig, 9,3 MPa légköri nyomásnak és a szén-dioxid (és egyéb nyomgázok) szuperkritikus szintjeinek tegyék ki. A teljes folyamat során a SiC oszcillátor jó stabilitást mutatott és folyamatosan működött.
Ezt a tesztet 21 nap után fejezték be az ütemezési okokból, és sokkal hosszabb ideig tarthattak volna. Ennek ellenére az időtartam jelentős világrekordot képviselt, nagyságrenddel hosszabb, mint bármely más demonstráció vagy misszió, amelyet végeztek. Hasonló tesztek kimutatták, hogy a gyűrű oszcillátoráramkörök ezrek órákig képesek életben maradni 500 ° C (932 ° F) hőmérsékleten, föld-levegő környezeti feltételek mellett.
Az ilyen elektronika jelentős változást jelent a NASA és az űrkutatás szempontjából, és lehetővé tenné a korábban lehetetlen küldetéseket. A NASA Tudományos Missziójának iránya (SMD) azt tervezi, hogy beépíti a SiC elektronikát a hosszú élettartamú in situ szolárrendszer-felfedezőjébe (LLISSE). Jelenleg egy prototípust dolgoznak ki ennek az alacsony költségű koncepciónak a kidolgozására, amely alapvető, de rendkívül értékes tudományos intézkedéseket biztosítana a Vénusz felszínéről hónapokig vagy hosszabb ideig.
A túlélhető Vénusz-felfedező építkezésének további tervei között szerepel az Automaton Rover extrém környezetekben (AREE), egy „steampunk rover” koncepció, amely az analóg komponensekre támaszkodik, nem pedig az összetett elektronikus rendszerekre. Míg ez a koncepció az elektronikával való teljes eltüntetését célozza meg annak biztosítása érdekében, hogy a Vénusz misszió korlátlan ideig működhessen, az új SiC elektronika lehetővé tenné a bonyolultabb roverek számára, hogy továbbra is szélsőséges körülmények között működjenek.
A Vénuszon túl ez az új technológia olyan új próbaosztályokhoz vezethet, amelyek képesek felfedezni a gázi óriások - például a Jupiter, a Szaturnusz, az Uránusz és a Neptunusz - belsejét, ahol a hőmérsékleti és nyomásviszonyok a múltban tiltottak voltak. De egy olyan érzékelő, amely edzett héjon és SiC elektronikus áramkörökön alapszik, nagyon jól behatolhat e bolygók belsejébe, és meglepően új dolgokat fedhet fel a légkörükben és a mágneses mezőkben.
A higany felülete hozzáférhető lehet a roveroknak és a leszállóknak ezen új technológia alkalmazásával - akár a nappali oldalra is, ahol a hőmérséklet eléri a 700 K (427 ° C; 800 ° F) hőmérsékletet. Itt a Földön rengeteg szélsőséges környezet van, amelyeket most SiC-áramkörök segítségével fel lehet fedezni. Például a SiC elektronikával felszerelt drónok figyelemmel kísérhetik a mélytengeri olajfúrásokat, vagy felfedezhetik a Föld belsejét.
Vannak olyan kereskedelmi alkalmazások is, amelyek a légiforgalmi motorokat és ipari feldolgozókat foglalják magukban, ahol a szélsőséges hő vagy nyomás hagyományosan lehetetlenné tette az elektronikus megfigyelést. Az ilyen rendszereket „intelligensvé” lehetne tenni, ahol képesek lennének megfigyelni magukat, ahelyett, hogy az üzemeltetőkre vagy az emberi felügyeletre támaszkodnának.
Szélsőséges áramkörökkel és (valamikor) extrém anyagokkal szinte bármilyen környezetet fel lehet fedezni. Talán még egy csillag belsejét is!
