Venus beskrivs ofta som helvetet självt på grund av sitt krossningstryck, sura atmosfär och extremt höga temperaturer. Att hantera något av dessa är en betydande utmaning när det gäller att utforska Venus. Att hantera alla tre är extremt skrämmande, som Sovjetunionen upptäckte med sina Venera-landare.
Egentligen är det inte så svårt att hantera svavelregnet, men värmen och trycket på Venus yta är enorma hinder för att utforska planeten. NASA har arbetat med Venusproblemet och försökt utveckla elektronik som kan överleva tillräckligt länge för att göra användbar vetenskap. Och det ser ut som de gör stora framsteg.
Forskare vid NASA Glenn Research Center har demonstrerat elektroniska kretsar som bör hjälpa till att öppna upp Venusytan för utforskning.
"Med vidare teknikutveckling kan sådan elektronik drastiskt förbättra Venus-landers design och uppdragskoncept, vilket möjliggör de första långvariga uppdragen till ytan av Venus," säger Phil Neudeck, ledande elektronikingenjör för detta arbete.
Med vår nuvarande teknik kan landare bara tåla ytförhållanden på Venus i några timmar. Du kan inte göra mycket vetenskap på några timmar, särskilt när du vägs mot uppdragskostnaden. Så att öka överlevnadsgraden för en Venus-landare är avgörande.
Med en temperatur på 460 grader Celsius (860 grader Fahrenheit) är Venus nästan dubbelt så varm som de flesta ugnar. Det är faktiskt varmt nog att smälta bly. Inte bara det, utan yttrycket på Venus är ungefär 90 gånger större än jordens, eftersom atmosfären är så tät.
För att skydda elektroniken på tidigare Venus-landare har de funnits i specialkärl som är utformade för att motstå trycket och temperaturen. Men dessa fartyg lägger mycket massa till uppdraget och gör att skicka landare till Venus till ett mycket dyrt förslag. Så NASAs arbete med robust elektronik är oerhört viktigt när det gäller att utforska Venus.
Teamet vid Glenn Research Center har utvecklat kiselkarbid-halvledarintegrerade kretsar (Si C IC) som är extremt robusta. Två av kretsarna testades inuti en specialkammare utformad för att exakt reproducera förhållandena på Venus. Denna kammare kallas Glenn Extreme Environments Rig (GEER.)
GEER är en speciell kammare som kan återskapa förhållandena på alla kroppar i vårt solsystem. Det är en kammare på 800 liter (28 kubikfot) som kan simulera temperaturer upp till 500 ° C (932 ° F) och tryck från nära vakuum till över 90 gånger jordens yttryck. GEER kan också simulera exotiska atmosfärer med sina exakta gasblandningsmöjligheter. Det kan blanda mycket specifika mängder av gaser ner till delar per miljon noggrannhet. För dessa tester betyder det att enheten måste reproducera ett exakt recept av CO2, N2, SO2, HF, HCl, CO, OCS, H2S och H2O, till mycket små mängder. Och testerna var en framgång.
"Vi demonstrerade mycket längre elektrisk drift med chips direkt exponerade - ingen kylning och ingen skyddande chipförpackning - för en fysisk och kemisk reproduktion av Venus ytatmosfär av hög kvalitet," sa Neudeck. "Och båda integrerade kretsarna fungerade fortfarande efter testets slut."
I själva verket fungerade de två kretsarna inte bara efter att testet hade slutförts, utan de tål mot Venusliknande förhållanden under 521 timmar. Det är mer än 100 gånger längre än tidigare demonstrationer av elektronik utformad för Venus-uppdrag.
Kretsarna själva konstruerades ursprungligen för att arbeta i de extremt höga temperaturerna i flygmotorer. ”Detta arbete möjliggör inte bara potentialen för ny vetenskap vid utvidgad Venus-yta och annan planetutforskning, utan har också potentiellt betydande effekter för en rad jordrelaterade applikationer, till exempel i flygmotorer för att möjliggöra nya kapaciteter, förbättra operationerna och minska utsläpp, säger Gary Hunter, principutredare för Venus ytelektronikutveckling. ”
Själva chips var väldigt enkla. De var inte prototyper på någon specifik elektronik som skulle vara utrustad på en Venus-lander. Vad dessa tester visade är att de nya Silicon Carbide Integrated Circuits (Si C IC) tål förhållandena på Venus.
En mängd andra utmaningar kvarstår när det gäller en Venus-landares totala framgång. All utrustning som måste arbeta där, som sensorer, borrar och atmosfäriska provtagare, måste fortfarande överleva den termiska expansionen från exponering för extremt hög temperatur. Robusta nya design krävs i många fall. Men detta framgångsrika test av elektronik som kan överleva utan skrymmande, tunga, skyddande kapslingar är definitivt ett steg framåt.
Om du är intresserad av hur en Venus-lander kan se ut, kolla in Venus Sail Rover-konceptet.
