Været på Venus er som noe utenom Dante Helvete. Den gjennomsnittlige overflatetemperaturen - 737 K (462 ° C; 864 ° F) - er varm nok til å smelte bly, og atmosfæretrykket er 92 ganger det som jordens havnivå har (9,2 MPa). Av denne grunn har svært få robotoppdrag noen gang kommet seg til overflaten av Venus, og de som ikke har vart lenge - fra omtrent 20 minutter til litt over to timer.
Derfor NASA, med et øye til fremtidige oppdrag, er ute etter å lage robotoppdrag og komponenter som kan overleve i Venus 'atmosfære i lengre perioder. Disse inkluderer neste generasjons elektronikk som forskere fra NASA Glenn Research Center (GRC) nylig avduket. Denne elektronikken vil tillate en lander å utforske Venus-overflaten i uker, måneder eller til og med år.
I det siste utviklet landere av sovjeter og NASA for å utforske Venus - som en del av Venera og Mariner henholdsvis programmer - avhengig av standardelektronikk, som var basert på silisium halvledere. Disse er ganske enkelt ikke i stand til å fungere under temperatur- og trykkforholdene som finnes på overflaten av Venus, og krevde derfor at de har beskyttelseshus og kjølesystemer.
Naturligvis var det bare et spørsmål om tid før disse beskyttelsene mislyktes og sonderne sluttet å overføre. Rekorden ble oppnådd av sovjeterne med deres Venera 13 sonde, som sendte seg i 127 minutter mellom sin nedstigning og landing. Når vi ser fremover, ønsker NASA og andre romfartsorganer å utvikle sonder som kan samle så mye informasjon som de kan om Venus 'atmosfære, overflate og geologiske historie før de går ut.
For å gjøre dette har et team fra NASAs GRC jobbet for å utvikle elektronikk som er avhengig av silkonkarbid (SiC) halvledere, som vil kunne fungere ved eller over Venus temperaturer. Nylig gjennomførte teamet en demonstrasjon ved bruk av verdens første moderat komplekse SiC-baserte mikrokretser, som besto av titalls eller flere transistorer i form av kjernen digitale logiske kretsløp og analoge driftsforsterkere.
Disse kretsløpene, som ville bli brukt i de elektroniske systemene til et fremtidig oppdrag, var i stand til å operere i opptil 4000 timer ved temperaturer på 500 ° C (932 ° F) - demonstrerte effektivt at de kunne overleve under Venus-lignende forhold for langvarig perioder. Disse testene fant sted i Glenn Extreme Environments Rig (GEER), som simulerte Venus overflateforhold, inkludert både ekstrem temperatur og høyt trykk.
Tilbake i april 2016 testet GRC-teamet en SiC 12-transistor ringoscillator ved bruk av GEER i en periode på 521 timer (21,7 dager). Under testen løftet de opp og utsatte kretsene for temperaturer opp til 460 ° C (860 ° F), atmosfæretrykk på 9,3 MPa og superkritiske nivåer av CO² (og andre sporingsgasser). Gjennom hele prosessen viste SiC-oscillatoren god stabilitet og fortsatte å fungere.
Denne testen ble avsluttet etter 21 dager på grunn av planleggingsårsaker, og kunne ha gått mye lenger. Likevel utgjorde varigheten en betydelig verdensrekord, og var størrelsesorden lenger enn noen annen demonstrasjon eller oppdrag som har blitt utført. Lignende tester har vist at ringoscillatorkretser kan overleve i tusenvis av timer ved temperaturer på 500 ° C (932 ° F) under omgivelser med jord-luft.
Slik elektronikk utgjør et stort skifte for NASA og romutforskning, og ville muliggjøre oppdrag som tidligere var umulige. NASAs Science Mission Direction (SMD) planlegger å innlemme SiC elektronikk i deres Long-Life In-situ Solar System Explorer (LLISSE). Det utvikles for tiden en prototype for dette rimelige konseptet, som vil gi grunnleggende, men svært verdifulle vitenskapelige tiltak fra overflaten til Venus i flere måneder eller lenger.
Andre planer om å bygge en overlevelig Venus-utforsker inkluderer Automaton Rover for Extreme Environments (AREE), et "steampunk rover" -konsept som er avhengig av analoge komponenter i stedet for komplekse elektroniske systemer. Selv om disse konseptene forsøker å fjerne elektronikken helt for å sikre at et Venus-oppdrag kan fungere på ubestemt tid, vil den nye SiC-elektronikken tillate mer komplekse rovere å fortsette å operere under ekstreme forhold.
Utover Venus kan denne nye teknologien også føre til nye klasser av sonder som er i stand til å utforske innen gassgiganter - dvs. Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune - der temperatur- og trykkforholdene har vært uoverkommelige tidligere. Men en sonde som er avhengig av et herdet skall og SiC elektroniske kretsløp, kan godt trenge dypt inn i det indre av disse planetene og avsløre oppsiktsvekkende nye ting om atmosfæren og magnetfeltene deres.
Overflaten på kvikksølv kan også være tilgjengelig for rovere og landere ved hjelp av denne nye teknologien - til og med dagsiden, der temperaturene når opp til 700 K (427 ° C; 800 ° F). Her på jorden er det nok av ekstreme miljøer som nå kan utforskes ved hjelp av SiC-kretser. Droner utstyrt med SiC-elektronikk kan for eksempel overvåke dyphavsoljeboring eller utforske dypt ned i jordas indre.
Det finnes også kommersielle bruksområder som involverer luftfartsmotorer og industrielle prosessorer, der ekstrem varme eller trykk tradisjonelt gjorde elektronisk overvåking umulig. Nå kan slike systemer gjøres "smarte", der de er i stand til å overvåke seg selv i stedet for å stole på operatører eller menneskelig tilsyn.
Med ekstreme kretsløp og (en dag) ekstreme materialer, kan omtrent ethvert miljø utforskes. Kanskje til og med interiøret i en stjerne!
