Vädret på Venus är som något av Dantes Inferno. Den genomsnittliga yttemperaturen - 737 K (462 ° C; 864 ° F) - är tillräckligt varm för att smälta bly och atmosfärstrycket är 92 gånger jorden på havsnivån (9,2 MPa). Av denna anledning har väldigt få robotuppdrag någonsin nått ytan till Venus, och de som inte har hållit länge - från cirka 20 minuter till drygt två timmar.
Därför varför NASA, med ett öga på framtida uppdrag, letar efter att skapa robotuppdrag och komponenter som kan överleva i Venus 'atmosfär under lång tid. Dessa inkluderar nästa generations elektronik som forskare från NASA Glenn Research Center (GRC) nyligen avslöjade. Denna elektronik skulle göra det möjligt för en lander att utforska Venus-ytan i veckor, månader eller till och med år.
Tidigare utvecklade landare av sovjeterna och NASA för att utforska Venus - som en del av Venera och Sjöman program respektive - förlitade sig på standardelektronik, som var baserad på kiselhalvledare. Dessa kan helt enkelt inte fungera under temperatur- och tryckförhållandena som finns på Venus yta och krävde därför att de har skyddshöljen och kylsystem.
Naturligtvis var det bara en tidsfråga innan dessa skydd misslyckades och sonderna slutade överföra. Rekordet uppnåddes av sovjeterna med deras Venera 13 sond, som sändes i 127 minuter mellan dess nedstigning och landning. Framöver vill NASA och andra rymdbyråer utveckla sonder som kan samla in så mycket information som de kan om Venus atmosfär, yta och geologisk historia innan de går ut.
För att göra detta har ett team från NASA: s GRC arbetat för att utveckla elektronik som förlitar sig på silkonkarbid (SiC) halvledare, som skulle kunna fungera vid eller över Venus temperaturer. Nyligen genomförde teamet en demonstration med världens första måttligt komplexa SiC-baserade mikrokretsar, som bestod av tiotals eller fler transistorer i form av kärnan digitala logiska kretsar och analoga operationsförstärkare.
Dessa kretsar, som skulle användas i de elektroniska systemen för ett framtida uppdrag, kunde arbeta i upp till 4000 timmar vid temperaturer på 500 ° C (932 ° F) - visade effektivt att de kunde överleva i Venusliknande förhållanden för långvariga perioder. Dessa tester ägde rum i Glenn Extreme Environments Rig (GEER), som simulerade Venus ytförhållanden, inklusive både extrem temperatur och högt tryck.
Tillbaka i april 2016 testade GRC-teamet en SiC 12-transistorringoscillator med GEER under en period av 521 timmar (21,7 dagar). Under testet höjde de de utsatte kretsarna för temperaturer upp till 460 ° C (860 ° F), atmosfärstryck på 9,3 MPa och superkritiska nivåer av CO² (och andra spårgaser). Under hela processen visade SiC-oscillatorn god stabilitet och fortsatte att fungera.
Detta test avslutades efter 21 dagar på grund av schemaläggningsskäl och kunde ha pågått mycket längre. Ändå utgjorde varaktigheten ett betydande världsrekord, som var orderordningar längre än någon annan demonstration eller uppdrag som har genomförts. Liknande tester har visat att ringoscillatorkretsar kan överleva i tusentals timmar vid temperaturer på 500 ° C (932 ° F) under miljöer med jord och luft.
Sådan elektronik utgör en stor förskjutning för NASA och rymdutforskning och skulle möjliggöra uppdrag som tidigare var omöjliga. NASA: s Science Mission Direction (SMD) planerar att integrera SiC-elektronik i deras Long-Life In-situ Solar System Explorer (LLISSE). En prototyp utvecklas för närvarande för detta billiga koncept, som skulle ge grundläggande, men mycket värdefulla vetenskapliga åtgärder från Venus yta under flera månader eller längre.
Andra planer för att bygga en överlevlig Venus-utforskare inkluderar Automaton Rover för extrema miljöer (AREE), ett "steampunk rover" -koncept som förlitar sig på analoga komponenter snarare än komplexa elektroniska system. Medan dessa koncept försöker eliminera elektronik helt och hållet för att säkerställa att ett Venus-uppdrag kan fungera på obestämd tid, skulle den nya SiC-elektroniken möjliggöra för mer komplexa rovers att fortsätta arbeta under extrema förhållanden.
Bortom Venus kan denna nya teknik också leda till nya klasser av sonder som kan utforska inom gasjättar - dvs Jupiter, Saturn, Uranus och Neptune - där temperatur- och tryckförhållanden har varit oöverkomliga tidigare. Men en sond som förlitar sig på ett härdat skal och SiC-elektroniska kretsar kan mycket väl tränga djupt in i dessa planets inre och avslöja häpnadsväckande nya saker om deras atmosfärer och magnetfält.
Ytan på Merkurius kan också vara tillgänglig för rover och landare med denna nya teknik - även dagssidan, där temperaturen når upp till 700 K (427 ° C; 800 ° F). Här på jorden finns det massor av extrema miljöer som nu kan utforskas med hjälp av SiC-kretsar. Till exempel drönare utrustade med SiC-elektronik kan övervaka djuphavsoljeborrning eller utforska djupt in i jordens inre.
Det finns också kommersiella tillämpningar som involverar flygmotorer och industriella processorer, där extrem värme eller tryck traditionellt gjorde omöjlig för elektronisk övervakning. Nu kan sådana system göras "smarta", där de kan övervaka sig själva istället för att förlita sig på operatörer eller mänskligt tillsyn.
Med extrema kretsar och (en dag) extrema material kan nästan vilken miljö som helst utforskas. Kanske till och med interiören i en stjärna!
