Ученые создали технику для освоения раскаленной Венеры

Четверг, 23 Ноябрь 2017 11:19
В НАСА строят дерзкие планы покорения Венеры... В НАСА строят дерзкие планы покорения Венеры...

Да, так было не всегда, но сегодня погода на Венере — Дантов ад. Средняя температура поверхности – 462 градуса — достаточно высокая, чтобы расплавить свинец, а атмосферное давление в 92 раза выше, чем на Земле на уровне моря (9,2 МПа). По этим причинам немногие автоматические миссии смогли попасть на поверхность Венеры, а те, что смогли, долго не протянули — от 20 минут до 2 часов, не больше...

 

Вот почему NASA, планируя будущие миссии, стремится создавать роботов и компоненты, которые смогут выживать в атмосфере Венеры в течение длительных периодов времени. К ним относится электроника нового поколения, которую недавно представили ученые из Исследовательского центра Гленна при NASA (GRC). Эта электроника позволит посадочному модулю исследовать поверхность Венеры в течение нескольких недель, месяцев или даже лет.

В прошлом посадочные аппараты, разработанные СССР и NASA для изучения Венеры — в рамках программ «Венера» и Mariner соответственно — полагались на стандартную электронику, в основе которой лежали кремниевые полупроводники. Они просто не способны работать в условиях температуры и давления, которые встречаются на поверхности Венеры, поэтому требуют наличия защитных оболочек и систем охлаждения.

Естественно, оставался лишь вопрос времени, когда эти системы защиты дадут сбой и зонды прекратят передачу данных. Рекорд удалось установить Советскому Союзу с зондом «Венера-13», который передавал данные в течение 127 минут с момента спуска и приземления. Забегая вперед, NASA и другие космические агентства хотят разработать зонды, которые смогут собрать как можно больше информации об атмосфере, поверхности и геологической истории Венеры, прежде чем погибнут.

Для этого команда из GRC работает над электроникой, которая будет полагаться на полупроводники из карбида кремния (SiC), которые смогут работать при температуре Венеры или выше. Недавно команда провела демонстрацию с использованием первых в мире микросхем средней сложности на основе SiC, состоявших из десятков или более транзисторов в виде основных цифровых логических схем и аналоговых усилителей.

Эти схемы, которые будут использоваться во всех электронных системах будущих миссий, смогли проработать до 4000 часов при температуре 500 градусов — чем эффективно продемонстрировали, что могут существовать в венерианских условиях в течение длительного времени. Эти испытания проводились в среде GEER, которая имитирует условия на поверхности Венеры, включая как экстремальную температуру, так и высокое давление.

Еще в апреле 2016 года команда GRC провела испытания кольцевого осциллятора из 12 полупроводников в течение 521 часа (21,7 дня). Во время испытаний они поднимали температуру цепей до 460 градусов, атмосферное давление до 9,3 МПа и уровень CO2 и других следовых газов — до сверхкритических. На протяжении всего этого процесса осциллятор на основе SiC демонстрировал хорошую стабильность и продолжал работать.

Испытание закончилось через 21 день из-за расписания, но могло продолжаться и дальше. Тем не менее и этот результат представил мировой рекорд, намного превосходящий достижения любых других миссий. Похожие тесты показали, что кольцевой осциллятор может пережить тысячи часов при температуре 500 градусов в земных условиях.

Подобная электроника представляет важный сдвиг парадигмы освоения космоса и может позволить состояться миссиям, которые ранее были невозможны. NASA планирует включить электронику на основе SiC в зонд LLISSE. Его прототип в настоящее время разрабатывается для добычи базовых, но очень ценных научных измерений поверхности Венеры.

Другие планы по созданию живучего исследователя Венеры включают AREE, «стимпанковый ровер», который опирается на аналоговые компоненты, а не на сложные электронные системы. В то время как эти концепции направлены на то, чтобы полностью избавить нас от электроники и чтобы миссия на Венере могла продолжаться в течение неограниченного срока, новая электроника на основе SiC позволит более сложным роверам работать в экстремальных условиях.

Да и без Венеры эти технологии могут привести к появлению зондов нового класса, способных исследовать недра газовых гигантов — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — у которых температура и давление были слишком неприступными в прошлом. Зонд, обладающий прочной закаленной оболочкой и электронными схемами на основе SiC, мог бы проникать глубоко в недра этих планет и вытаскивать новые данные об их атмосферах и магнитных полях.

Поверхность Меркурия также стала бы доступна для роверов и посадочных модулей, использующих новые технологии, даже в дневное время, когда температура поднимается до 427 градусов. Даже на Земле есть много экстремальных мест, которые можно было бы исследовать при помощи цепей SiC.

Может быть, однажды мы сможем исследовать даже недра звезды?

Прочитано 80 раз

...

Похожие материалы (по тегу)

  • Тайны космоса: загадочные пещеры Венера, Марса, Луны и других планет

    Пещеры с древних времен привлекают человека, их темнота полна опасностей, но тайна в глубине манит и питекантропов, и современных ученых (питекантропов в душе!), и туристов (сорят хуже питекантропов...). На Земле изучены сотни сухопутных и подводных пещер, но впереди маячит более сложная цель — пещеры на других планетах...

  • Тайны мира: подземная пещера Сивиллы в Италии

    В поэме «Энеида» Вергилий рассказывает о неких прорицательницах — сивиллах, которые вдохновляемые богом Аполлоном предсказывали будущее и выполняли ещё много других мистических функций. Самая знаменитая из них — сивилла Кумская, которая предсказала Энею будущее и сопровождала его в подземное царство...

  • Тайны космоса: разрушение мозга неизбежно?..

    Многочисленные медицинские исследования говорят о том, что длительное пребывание в космосе оказывает значительное влияние на головной мозг. И это - весьма негативное воздействие... Как можно воспрепятствовать этому во время длительных космических перелетов?

  • Тайны древнего мира: описания ада

    Почти в каждой культуре мира и религии встречается описание подземного мира, куда после смерти отправляются грешники, и где их подвергают страшным мучениям. Несмотря на то, что каждое описание ада по-своему уникально, есть многие элементы, которые у многих народов поразительно сходятся, даже несмотря на то, что они не контактировали друг с другом.

  • Астрономы исследуют "адские миры"

    "Есть и другие миры, кроме нашего..." (с) И даже такие вот! Астрономы впервые изучили свойства стратосферы одной из гигантских экзопланет и обнаружили, что она раскалена до таких температур, что она могла бы испарить железо и другие металлы! "Когда мы впервые нацелили "Хаббл" на WASP-121b, мы увидели сияние молекул воды, что указало на наличие четко выраженной стратосферы на этом "горячем юпитере". Наши теоретические расчеты достаточно давно указывали на то, что у некоторых планет могут быть очень горячие стратосферы, сильно влияющие на химию и физику всей атмосферы", — рассказывает Том Эванс из университета Эксетера (Великобритания).