Pogoda na Wenus jest jak coś z Dantego Piekło. Średnia temperatura powierzchni - 737 K (462 ° C; 864 ° F) - jest wystarczająco gorąca, aby stopić ołów, a ciśnienie atmosferyczne jest 92 razy wyższe niż ciśnienie ziemskie na poziomie morza (9,2 MPa). Z tego powodu bardzo niewiele robotycznych misji dotarło na powierzchnię Wenus, a te, które nie trwały długo - od około 20 minut do nieco ponad dwóch godzin.
Dlatego NASA, mając na uwadze przyszłe misje, chce stworzyć roboty i komponenty, które mogą przetrwać w atmosferze Wenus przez dłuższy czas. Należą do nich elektronika nowej generacji, którą niedawno ujawnili naukowcy z NASA Glenn Research Center (GRC). Ta elektronika pozwoliłaby lądownikowi badać powierzchnię Wenus przez tygodnie, miesiące, a nawet lata.
W przeszłości lądowniki opracowane przez Sowietów i NASA do eksploracji Wenus - w ramach Venera i Marynarz odpowiednio programy - oparte na standardowej elektronice, które były oparte na półprzewodnikach krzemowych. Po prostu nie są one zdolne do działania w warunkach temperatury i ciśnienia panujących na powierzchni Wenus, a zatem wymagają posiadania osłon ochronnych i układów chłodzenia.
Oczywiście kwestią czasu było, zanim zabezpieczenia te zawiodą, a sondy przestaną nadawać. Rekord został osiągnięty przez Sowietów Venera 13 sonda, która transmitowała przez 127 minut między zejściem a lądowaniem. Patrząc w przyszłość, NASA i inne agencje kosmiczne chcą opracować sondy, które mogą zgromadzić jak najwięcej informacji na temat atmosfery, powierzchni i historii geologicznej Wenus, zanim przekroczą limit czasu.
W tym celu zespół z GRC NASA pracował nad opracowaniem elektroniki opartej na półprzewodnikach z węglika krzemu (SiC), które byłyby w stanie działać w temperaturach Wenus lub wyższych. Niedawno zespół przeprowadził demonstrację z wykorzystaniem pierwszych na świecie średnio skomplikowanych mikroukładów opartych na SiC, które składały się z dziesiątek lub więcej tranzystorów w postaci podstawowych cyfrowych układów logicznych i analogowych wzmacniaczy operacyjnych.
Obwody te, które zostaną wykorzystane w systemach elektronicznych przyszłej misji, były w stanie działać do 4000 godzin w temperaturach 500 ° C (932 ° F) - skutecznie wykazały, że mogą przetrwać w warunkach podobnych do Wenus przez dłuższy czas okresy. Testy te odbyły się w Glenn Extreme Environments Rig (GEER), który symulował warunki powierzchni Wenus, w tym zarówno ekstremalną temperaturę, jak i wysokie ciśnienie.
W kwietniu 2016 r. Zespół GRC przetestował przy użyciu GEER 12-tranzystorowy oscylator pierścieniowy z SiC 12 przez okres 521 godzin (21,7 dni). Podczas testu podnieśli obwody do temperatur do 460 ° C (860 ° F), ciśnień atmosferycznych 9,3 MPa i nadkrytycznych poziomów CO² (i innych gazów śladowych). W trakcie całego procesu oscylator SiC wykazywał dobrą stabilność i działał.
Ten test został zakończony po 21 dniach z powodów związanych z planowaniem i mógł trwać znacznie dłużej. Niemniej jednak czas trwania był znaczącym rekordem świata, będąc o rząd wielkości dłuższy niż jakakolwiek inna przeprowadzona demonstracja lub misja. Podobne testy wykazały, że obwody oscylatora pierścieniowego mogą przetrwać tysiące godzin w temperaturach 500 ° C (932 ° F) w warunkach otaczającego powietrza.
Taka elektronika stanowi poważną zmianę dla NASA i eksploracji kosmosu i umożliwiłaby misje, które wcześniej były niemożliwe. NASA Science Mission Direction (SMD) planuje wprowadzić elektronikę SiC do swojego Eksploratora Układu Słonecznego o długiej żywotności (LLISSE). Obecnie opracowywany jest prototyp tej niedrogiej koncepcji, która zapewniłaby podstawowe, ale bardzo cenne środki naukowe z powierzchni Wenus przez miesiące lub dłużej.
Inne plany budowy przetrwalnego odkrywcy Venus to Automaton Rover for Extreme Environments (AREE), koncepcja „steampunk rover”, która opiera się na komponentach analogowych, a nie na złożonych systemach elektronicznych. Podczas gdy te koncepcje mają na celu całkowite wyeliminowanie elektroniki, aby misja Venus mogła działać w nieskończoność, nowa elektronika SiC pozwoliłaby na bardziej złożone łaziki do pracy w ekstremalnych warunkach.
Oprócz Wenus ta nowa technologia może również prowadzić do nowych klas sond zdolnych do eksploracji gazowych gigantów - tj. Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna - w których warunki temperatury i ciśnienia były w przeszłości wygórowane. Ale sonda, która opiera się na utwardzonej skorupie i obwodach elektronicznych SiC, może bardzo dobrze wniknąć głęboko w wnętrze tych planet i ujawnić zaskakujące nowe rzeczy na temat ich atmosfery i pól magnetycznych.
Dzięki tej nowej technologii powierzchnia Merkurego mogłaby być również dostępna dla łazików i lądowników - nawet w dzień, gdy temperatura osiąga wysoką 700 K (427 ° C; 800 ° F). Na Ziemi istnieje wiele ekstremalnych środowisk, które można teraz badać za pomocą obwodów SiC. Na przykład drony wyposażone w elektronikę SiC mogą monitorować głębinowe odwierty naftowe lub eksplorować wnętrze Ziemi.
Istnieją również zastosowania komercyjne z udziałem silników lotniczych i procesorów przemysłowych, w których ekstremalne ciepło lub ciśnienie tradycyjnie uniemożliwiało elektroniczne monitorowanie. Teraz takie systemy można uczynić „inteligentnymi”, w których są one w stanie monitorować się, zamiast polegać na operatorach lub nadzorze człowieka.
Dzięki ekstremalnym obwodom i (kiedyś) ekstremalnym materiałom można zbadać niemal każde środowisko. Może nawet wnętrze gwiazdy!
