金星の天気はダンテの天気のようなものです インフェルノ。 平均表面温度– 737 K(462°C; 864°F)–は、鉛を溶かすのに十分なほど高温で、気圧は地球の海面の92倍(9.2 MPa)です。このため、金星の表面に到達したロボットミッションはほとんどなく、長続きしなかったロボットミッション(約20分から2時間強まで)があります。
したがって、NASAが将来のミッションに目を向けて、長期にわたって金星の大気の中で生き残ることができるロボットミッションとコンポーネントを作成することを検討している理由はここにあります。これには、NASAグレンリサーチセンター(GRC)の研究者が最近発表した次世代エレクトロニクスが含まれます。これらの電子機器により、着陸船は数週間、数か月、さらには数年にわたって金星表面を探索することができます。
過去には、ソ連とNASAが金星を探査するために開発した着陸船が、 ヴェネラ そして マリナー プログラムはそれぞれ、シリコン半導体に基づいた標準的な電子機器に依存していました。これらは、金星の表面に存在する温度と圧力の条件で動作することができないため、保護ケーシングと冷却システムが必要です。
当然、これらの保護が失敗し、プローブの送信が停止するのは時間の問題でした。記録はソビエトによって彼らによって達成されました ヴェネラ13 降下と着陸の間に127分間送信されたプローブ。今後、NASAや他の宇宙機関は、タイムアウトする前に金星の大気、地表、地質の歴史についてできる限り多くの情報を収集できるプローブを開発したいと考えています。
これを行うために、NASAのGRCのチームは、金星の温度以上で動作する炭化ケイ素(SiC)半導体に依存する電子機器の開発に取り組んできました。最近、チームは世界初の適度に複雑なSiCベースのマイクロ回路を使用してデモを行いました。これは、コアデジタルロジック回路とアナログオペアンプの形の数十個以上のトランジスタで構成されていました。
これらの回路は、将来のミッションの電子システム全体で使用される予定であり、500°C(932°F)の温度で最大4000時間動作することができました。金星のような条件で長期間持続できることを効果的に実証しました期間。これらのテストはGlenn Extreme Environments Rig(GEER)で行われ、極端な温度と高圧の両方を含む金星の表面状態をシミュレートしました。
2016年4月に戻って、GRCチームはGEERを使用して521時間(21.7日)の間、SiC 12トランジスタリングオシレーターをテストしました。テスト中、彼らは回路を最高460°C(860°F)の温度、9.3 MPaの大気圧、および超臨界レベルのCO2(およびその他の微量ガス)に曝したことを上げました。プロセス全体を通して、SiC発振器は良好な安定性を示し、機能し続けました。
このテストは、スケジュール上の理由により21日後に終了しました。それにもかかわらず、期間は重要な世界記録を構成し、実施された他のデモやミッションよりも桁違いに長い。同様のテストにより、リングオシレータ回路は、500°C(932°F)の温度で、地球大気の周囲条件で数千時間も耐えられることが示されています。
このような電子機器は、NASAと宇宙探査にとって大きな変化をもたらし、以前は不可能であった任務を可能にします。 NASAのScience Mission Direction(SMD)は、SiC電子機器を長寿命In-situ Solar System Explorer(LLISSE)に組み込む予定です。プロトタイプは現在、この低コストの概念のために開発されており、金星の表面から数か月以上にわたって、基本的ではあるが非常に価値のある科学的手段を提供します。
存続可能な金星探査機を構築する他の計画には、複雑な電子システムではなくアナログコンポーネントに依存する「スチームパンクローバー」の概念である極限環境用オートマトンローバー(AREE)が含まれます。このコンセプトは、金星ミッションが無期限に動作することを保証するために電子機器を完全に廃止することを目指していますが、新しいSiC電子機器は、より複雑なローバーが極端な条件で動作し続けることを可能にします。
金星を超えて、この新技術はまた、過去に温度と圧力の条件が禁じられていたガス巨人、すなわち木星、土星、天王星、海王星内を探査することができる新しいクラスのプローブにつながる可能性があります。しかし、硬化シェルとSiC電子回路に依存するプローブは、これらの惑星の内部まで深く入り込み、それらの大気と磁場に関する驚くべき新しいものを明らかにすることができます。
水星の表面は、この新しいテクノロジーを使用して、ローバーや着陸船にもアクセスできる可能性があります。気温が700 K(427°C; 800°F)に達する昼間でもです。ここ地球上には、SiC回路の助けを借りて探求できる極端な環境がたくさんあります。たとえば、SiCエレクトロニクスを搭載した無人偵察機は、深海の石油掘削を監視したり、地球内部の深部を探索したりできます。
航空エンジンや産業用プロセッサーを含む商用アプリケーションもあり、極端な熱や圧力により、従来は電子モニタリングが不可能でした。そのようなシステムは今や「スマート」になり、オペレーターや人間の監視に頼るのではなく、自分自身を監視することができます。
極限の回路と(いつか)極限の材料で、ほぼすべての環境を探索できます。多分星の内部ですら!