Будущие усилия NASA по исследованию планет, включая миссии на Венеру, требуют электроники, способной выдерживать температуры 470 ° C и выше в течение длительного времени. Такая долговечная электроника устраняет необходимость в системах охлаждения для обеспечения устойчивой работы. Предыдущая работа электроники в условиях поверхности Венеры (например, в миссиях Венеры) была ограничена несколькими часами в защищенном корпусе давления / температуры из-за экстремальных условий окружающей среды.
Стандартная электроника, используемая в коммерческих целях и для исследования планет, основана на кремниевых полупроводниках, которые не работают при температурах Венеры. Команда Исследовательского центра Гленна (GRC) НАСА занимается разработкой высокотемпературной электроники на основе полупроводников из карбида кремния (SiC), которая может работать при температурах Венеры и выше. Недавно команда продемонстрировала, что множество первых в мире микросхем на основе SiC средней сложности (десятки или более транзисторов) могут выдерживать до 4000 часов работы при 500 ° C. Эти демонстрации включали в себя схемы ядра, такие как цифровые логические схемы и аналоговые операционные усилители, корпуса zoom-ec.ru/catalog/mekhanicheskie-komponenty/korpusa-dlya-rea/, которые используются во всех электронных системах.
Испытание двух этих цепей проводилось на буровой установке Glenn Extreme Environments (GEER), которая моделирует состояние поверхности Венеры, включая высокую температуру и давление. В апреле 2016 года команда продемонстрировала высокотемпературный 12-транзисторный кольцевой генератор SiC в условиях поверхности Венеры (460 ° C, давление 93 атм, сверхкритический CO 2 и следовые газы) в GEER в течение 21,7 дней (521 час) с хорошей стабильностью в течение всего времени. весь тест. Эта демонстрация на поверхности Венеры умеренно сложной электроники является значительным мировым рекордом — порядки по продолжительности вне любой другой демонстрации электроники на поверхности Венеры. Тестирование в условиях Венеры было завершено через 21 день по причинам, связанным с расписанием; аналогичные схемы кольцевых генераторов показали тысячи часов работы при 500 ° C в условиях печи Земля-воздух.
Высокотемпературная электроника SiC до и после испытаний в условиях поверхности Венеры (надежная работа в течение продолжительного времени).
Эти достижения представляют собой смену парадигмы, которая в целом позволяет проводить новые научные исследования, особенно для поверхности Венеры. SMD начал проект в 2017 финансовом году — долговременный in-situ Solar System Explorer (LLISSE) — который будет включать эту новую электронику SiC. LLISSE разрабатывает функционирующий прототип недорогого научного зонда, способного обеспечивать базовые, но дорогостоящие научные измерения с поверхности Венеры непрерывно в течение месяцев или дольше. Такой зонд ранее не был жизнеспособным, и он произведет революцию в нашем понимании поверхности Венеры. Эта новая технология также влияет на потенциальную разработку зондов, исследующих газовые гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) или поверхность Меркурия. Электроника на основе SiC также может позволить интеллектуальному авиационному двигателю отслеживать состояние своего здоровья и реагировать на него, а также может использоваться в различных коммерческих приложениях, таких как бурение глубоких нефтяных скважин или промышленная обработка.
В августе 2016 года команда завершила изготовление пластин для интегральных схем для экстремальных температур следующего поколения, в которых используются значительно более сложные цифровые и аналоговые схемы (более 100 транзисторов). В октябре команда инициировала длительные испытания при температуре 500 ° C (атмосфера Земля-воздух) интегральных микросхем «следующего поколения» с более чем 100 транзисторами. Планы включают в себя производство все более сложной высокотемпературной электроники SiC для удовлетворения потребностей проекта LLISSE и других применений. НАСА будет использовать подход «проектирование и сборка», чтобы расширить возможности базовых электронных компонентов, одновременно предоставляя новые типы схем, необходимые для конкретных приложений.
