Европа — это больше, чем просто один из многих спутников Юпитера — это также одно из самых многообещающих мест в Солнечной системе для поиска внеземной жизни. Под 10-километровым льдом находится океан с жидкой водой, в котором может поддерживаться жизнь. Но с температурой поверхности в -180 по Цельсию и экстремальными уровнями радиации это также одно из самых негостеприимных мест в Солнечной системе. Изучение Европы может стать возможным в ближайшие годы благодаря новым приложениям для исследования технологий кремний-германиевых транзисторов в Технологическом институте Джорджии.

Профессор Regents Джон Д. Кресслер из Школы электротехники и вычислительной техники (ECE) и его студенты десятилетиями работали с кремниево-германиевыми биполярными транзисторами с гетеропереходом (SiGe HBT) и обнаружили, что они обладают уникальными преимуществами в экстремальных условиях , таких как Европа . .

«Из-за того, как они сделаны, эти устройства действительно выживают в этих экстремальных условиях без каких-либо изменений в самой базовой технологии», — сказал Кресслер, который является исследователем проекта. «Вы можете построить его для того, что вы хотите, чтобы он делал на Земле, а затем вы можете использовать его в космосе».

Исследователи получают первый год трехлетнего гранта в рамках программы NASA Concepts for Ocean Worlds Life Detection Technology (COLDTech) для разработки инфраструктуры электроники для предстоящих миссий на поверхности Европы. НАСА планирует запустить Europa Clipper в 2024 году, орбитальный космический корабль, который нанесет на карту океаны Европы, а затем, в конечном итоге, отправит посадочный аппарат Europa Lander для бурения льда и исследования его океана. Но все начинается с электроники, способной функционировать в экстремальных условиях Европы.

Кресслер и его студенты вместе с исследователями из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) и Университета Теннесси (Юта) продемонстрировали возможности SiGe HBT для этой враждебной среды в документе, представленном на конференции IEEE по ядерным и космическим радиационным эффектам в июле.

Вызов Европы

Как и у Земли, у Юпитера также есть жидкометаллическое ядро, которое генерирует магнитное поле, производя радиационные пояса высокоэнергетических протонов и электронов от падающего солнечного ветра. К сожалению, как спутник Юпитера, Европа находится прямо в этих радиационных поясах. По сути, любая технология, разработанная для поверхности Европы, должна быть способна выдерживать не только низкие температуры, но и самую сильную радиацию, встречающуюся в Солнечной системе.

К счастью, SiGe HBT идеально подходят для этой враждебной среды. SiGe HBT представляет собой наноразмерный сплав Si-Ge внутри типичного биполярного транзистора для наноинженерии его свойств, эффективно создавая гораздо более быстрый транзистор, сохраняя при этом экономию за счет масштаба и низкую стоимость традиционных кремниевых транзисторов. SiGe HBT обладают уникальной способностью сохранять работоспособность при экстремальном радиационном воздействии, а их свойства естественным образом улучшаются при более низких температурах. Такое уникальное сочетание делает их идеальными кандидатами для исследования Европы.

«Это не просто фундаментальная наука и доказательство того, что SiGe работает», — сказал Кресслер. «На самом деле это разработка электроники для НАСА для использования на Европе. Мы знаем, что SiGe может выдерживать высокие уровни радиации. И мы знаем, что он остается функциональным при низких температурах. необходимо для миссий на поверхности Европы».

Проверка транзисторов

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи GT использовали Dynamitron JPL, машину, которая стреляет электронами с высоким потоком при очень низких температурах, чтобы протестировать SiGe в средах европейского типа. Они подвергли SiGe HBT воздействию одного миллиона электронов вольт и дозе облучения в пять миллионов рад радиации (200-400 рад смертельны для человека) при 300, 200 и 115 кельвинах (-160 по Цельсию).

«Чего мы никогда не делали, так это использования электроники, как в том эксперименте», — сказал Кресслер. «Итак, мы работали буквально в течение первого года, чтобы получить результаты, которые содержатся в этой статье, которая, по сути, является окончательным доказательством того, что то, что мы утверждали, на самом деле верно — что SiGe действительно выживает в условиях поверхности Европы».

В течение следующих двух лет исследователи GT и UT разработают настоящие схемы из SiGe, которые можно будет использовать на Европе, например, в радиоприемниках и микроконтроллерах. Что еще более важно, эти устройства можно было бы беспрепятственно использовать практически в любой космической среде, в том числе на Луне и Марсе.

«Если Европа — наихудшая среда в Солнечной системе, и вы можете построить их для работы на Европе, то они будут работать где угодно», — сказал Кресслер. «Это исследование связывает воедино прошлые исследования, которые мы долгое время проводили в моей команде здесь, в Технологическом институте Джорджии, и показывает действительно интересные и новые применения этих технологий.»