Vejret på Venus er som noget ude af Dantes Helvede. Den gennemsnitlige overfladetemperatur - 737 K (462 ° C; 864 ° F) - er varm nok til at smelte bly, og det atmosfæriske tryk er 92 gange Jordens ved havets overflade (9,2 MPa). Af denne grund har meget få robotopgaver nogensinde nået overfladen af Venus, og dem, der ikke har varet længe - lige fra ca. 20 minutter til lidt over to timer.
Derfor er NASA med øje for fremtidige missioner på udkig efter at skabe robotopgaver og komponenter, der kan overleve i Venus 'atmosfære i længere tid. Disse inkluderer den næste generations elektronik, som forskere fra NASA Glenn Research Center (GRC) for nylig har afsløret. Denne elektronik tillader en lander at udforske Venusoverfladen i uger, måneder eller endda år.
Tidligere udviklede landere af sovjeterne og NASA til at udforske Venus - som en del af Venera og Mariner henholdsvis programmer - afhængige af standardelektronik, der var baseret på siliciumhalvledere. Disse er simpelthen ikke i stand til at fungere under temperatur- og trykforholdene, der findes på overfladen af Venus, og krævede derfor, at de har beskyttelseshus og kølesystemer.
Naturligvis var det kun et spørgsmål om tid, før disse beskyttelser mislykkedes, og sonderne stoppede med at transmittere. Rekorden blev opnået af sovjeterne med deres Venera 13 sonde, der transmitterede i 127 minutter mellem dens nedstigning og landing. Når vi ser fremad, ønsker NASA og andre rumfartsbureauer at udvikle sonder, der kan samle så meget information som de kan om Venus 'atmosfære, overflade og geologisk historie, før de går ud.
For at gøre dette har et team fra NASAs GRC arbejdet på at udvikle elektronik, der er afhængig af siliciumcarbid (SiC) halvledere, som kunne fungere ved eller over Venus 'temperaturer. For nylig gennemførte teamet en demonstration ved hjælp af verdens første moderat komplekse SiC-baserede mikrokredsløb, der bestod af titus eller flere transistorer i form af centrale digitale logiske kredsløb og analoge driftsforstærkere.
Disse kredsløb, der ville blive brugt i de elektroniske systemer i en fremtidig mission, var i stand til at arbejde i op til 4000 timer ved temperaturer på 500 ° C (932 ° F) - demonstrerede effektivt, at de kunne overleve under Venus-lignende forhold til langvarige perioder. Disse tests fandt sted i Glenn Extreme Environments Rig (GEER), der simulerede Venus 'overfladeforhold, herunder både den ekstreme temperatur og det høje tryk.
Tilbage i april 2016 testede GRC-teamet en SiC 12-transistorringoscillator ved hjælp af GEER i en periode på 521 timer (21,7 dage). Under testen hævede de, de udsatte kredsløbene for temperaturer på op til 460 ° C (860 ° F), atmosfærisk tryk på 9,3 MPa og superkritiske niveauer af CO² (og andre sporegasser). Under hele processen udviste SiC-oscillatoren god stabilitet og fortsatte med at fungere.
Denne test blev afsluttet efter 21 dage på grund af planlægningsårsager og kunne have gået meget længere. Ikke desto mindre udgjorde varigheden en betydelig verdensrekord, idet den var størrelsesordrer længere end nogen anden demonstration eller mission, der er blevet udført. Lignende test har vist, at ringoscillator kredsløb kan overleve i tusinder af timer ved temperaturer på 500 ° C (932 ° F) under omgivelser med jord-luft.
Sådan elektronik udgør et stort skift for NASA og rumforskning og ville muliggøre missioner, der tidligere var umulige. NASAs Science Mission Direction (SMD) planlægger at inkorporere SiC-elektronik i deres Long-Life In-situ Solar System Explorer (LLISSE). Der udvikles i øjeblikket en prototype til dette lave omkostningskoncept, der vil give grundlæggende, men meget værdifulde videnskabelige foranstaltninger fra overfladen af Venus i måneder eller længere.
Andre planer om at bygge en overlevelig Venus-opdagelsesrejsende inkluderer Automaton Rover for Extreme Environments (AREE), et “steampunk rover” -koncept, der er afhængig af analoge komponenter snarere end komplekse elektroniske systemer. Mens disse koncepter forsøger at fjerne elektronik helt for at sikre, at en Venus-mission kunne fungere på ubestemt tid, ville den nye SiC-elektronik give mulighed for, at mere komplekse rovere fortsætter med at arbejde under ekstreme forhold.
Ud over Venus kunne denne nye teknologi også føre til nye klasser af sonder, der er i stand til at udforske inden for gigantkæmper - dvs. Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune - hvor temperatur- og trykforhold har været uoverkommelige i fortiden. Men en sonde, der er afhængig af en hærdet skal og SiC-elektroniske kredsløb, kunne meget vel trænge dybt ind i det indre af disse planeter og afsløre forbløffende nye ting om deres atmosfære og magnetiske felter.
Overfladen på Kvikksølv kunne også være tilgængelig for rovere og landere ved hjælp af denne nye teknologi - også dagssiden, hvor temperaturerne når op til 700 K (427 ° C; 800 ° F). Her på Jorden er der masser af ekstreme miljøer, som nu kunne udforskes ved hjælp af SiC-kredsløb. For eksempel kunne droner udstyret med SiC-elektronik overvåge dybhavsolieboring eller udforske dybt ind i Jordens indre.
Der er også kommercielle anvendelser, der involverer luftfartsmotorer og industrielle processorer, hvor ekstrem varme eller tryk traditionelt gjorde elektronisk overvågning umulig. Nu kunne sådanne systemer gøres "smarte", hvor de er i stand til at overvåge sig selv i stedet for at stole på operatører eller menneskelig tilsyn.
Med ekstreme kredsløb og (en dag) ekstreme materialer kunne næsten ethvert miljø udforskes. Måske endda det indre af en stjerne!
