Новые высокотемпературные компоненты НАСА могут включить миссии в Венеру
Инженеры NASA создают ИС, которые могут выдерживать экстремальные температуры и давления, не обнаруженные на Земле. Жесткая окружающая среда Венеры ставит электронику в самое сложное испытание.
Развивающиеся электронные компоненты позволяют нам исследовать некоторые из самых неприветливых мест, от края космоса до самых глубоких океанов. Тем не менее, поверхность Венеры, по-видимому, является одним из самых трудных мест для выживания, и существует лишь несколько снимков этой суровой окружающей среды. Чтобы изменить это, НАСА разработало ИС, которые могут выживать чуть длиннее - в исследованиях планет, каждая секунда считается!
Смело отправляйтесь туда, где чип не ушел
Пространство, последняя граница. Это рейсы IC 8086, но его смелая миссия на Венеру не продлится более пяти минут благодаря неумолимой обстановке. Представьте себе место, которое всегда горит. Воздух сокрушительно толстый с ядовитыми газами, и земля сама по себе острая. Это яркое описание ада, но это также достойная интерпретация Венеры.
Несмотря на то, что она находится дальше от Солнца, чем Меркурий, Венера - самая жаркая планета с дневной температурой 462 градуса Цельсия. Атмосфера толстая с двуокисью углерода и серной кислотой при атмосферном давлении 92 бар на поверхности (в 92 раза больше атмосферного давления). Фактически, давление воздуха настолько массивное, что оно эквивалентно тому, что он находится на глубине 1 км в океане (который мгновенно раздавит человека, если он подвергнется воздействию).
Поверхность Венеры. Прекрасно для смертельной ловушки. Изображение предоставлено NASA / JPL
С этой адской мыслью, как современные компоненты справляются в таком месте »// www.electronics-cooling.com/2004/02/the-temperature-ratings-of-electronic-parts/" target = "_ blank"> Коммерческие части обычно от 0 ° C до 70 ° C, в то время как промышленные температурные диапазоны обычно составляют от -40 ° C до 125 ° C. См. Вопрос? Поверхность Венеры, как правило, находится выше 400 ° C и даже, как известно, достигает 500 ° C, что может привести к разрушению любой цепи за очень короткий промежуток времени.
Итак, как мы можем ожидать отправки зондов на поверхность Венеры и чтобы они выжили достаточно долго, чтобы отправить информацию?
Верьте или нет, команда из Советского Союза сделала это только во время холодной войны со своей миссией Верены, которая включала посадку нескольких зондов на поверхности Венеры. Сами зонды не выдержали больше часа после посадки, но смогли отправить обратные изображения поверхности, раскрывающие лавовые пирожки и скалы.
Одна из немногих фотографий на поверхности Венеры. Изображение в общественном достоянии, доступное через математические и физические науки UCL Flickr
NASA говорит, что «стрелять в холод»
Чтобы преодолеть проблемы, которые представляет Венера, НАСА создало полупроводниковые ИС, которые могут выдержать температуру Венеры до 500 часов.
Команда NASA Glenn Research Center провела испытания двух из этих долгоживущих микросхем при температурах 480 ° C (которые первоначально были предназначены для реактивных двигателей) в течение 521 часа без сбоев. Тест был разработан после того, как одна и та же исследовательская группа создала интегральные схемы 4h-SiC JFET с керамической упаковкой, которая оставалась работоспособной более 41, 7 дней при температуре 500 ° C. Однако это первое испытание было проведено в испытаниях на атмосферу Земли; поэтому требуется создание камеры, которая смоделировала атмосферу Венеры (PDF). Используя те же разработанные полупроводники, что и в первом тесте в этой камере, время функциональности уменьшилось примерно на половину; однако этот промежуток времени остается очень продуктивным окном.
«С дальнейшим созреванием технологий такая электроника SiC IC могла бы значительно улучшить конструкции посадочного модуля Venus и концепции полета, что в корне обеспечило бы длительные расширенные миссии на поверхность Венеры». - Фил Нойдек, НАСА
В качестве бонуса такие ИС в миссиях на Венеру не только имеют преимущество выживания в течение более длительных периодов времени, но также уменьшают общий вес зонда (что, в свою очередь, снижает стоимость отправки зонда). Итак, как снижается вес? Помните, как команда из Советского Союза приземлилась на поверхности Венеры? Это было возможно только потому, что у зонда было много случаев сдерживания давления и множество систем охлаждения, чтобы поддерживать работу электроники как можно дольше, тем самым значительно увеличивая вес всего устройства. Зонд, который меньше подвержен влиянию тепла, не нуждается в таком регулировании температуры (или, по крайней мере, не так сильно, как датчики Venere).
У посадочных аппаратов Venus было много громоздких частей и систем охлаждения, чтобы выжить в течение часа. Изображение через НАСА
Этот уменьшенный вес является игровым устройством, особенно когда каждый момент данных, захваченных на Венере, ценен. Даже зонд, который выживает только через несколько дней, может сыграть решающую роль в изменении нашего понимания нашей соседней планеты. Достижения в оборудовании являются ключом к продлению срока службы зонда. По словам исследователей, «еще более развитые ИС SiC JFET будут играть роль, позволяющую миссии на первых посадочных площадках возвращать недели важных научных данных с поверхности Венеры».
Резюме
Интегральные схемы, которые могут выдерживать более суровые условия, позволяют нам постоянно продвигать барьеры исследования и понимания человеком. Может быть, недолго, прежде чем мы сможем начать исследовать глубже в нашей собственной планете или даже в атмосфере солнца, которая по-прежнему содержит много тайн.
Статьи по Теме
- Инженер Spotlight: Д-р Бидуши Бхаттачарья и Астропринсеры HUB
- Извлеченные уроки: основные ошибки в области электротехники НАСА
- Как самовосстанавливающаяся электроника может изменить все, от смартфонов до космических станций