Elektronik demonstrerer funktion i simulerede Venus-forhold

NASAs fremtidige planetariske efterforskningsindsats, inklusive missioner til Venus, kræver elektronik, der er i stand til at overleve temperaturer på 470°C og derover i lang tid. Sådan holdbar elektronik eliminerer behovet for kølesystemer for at muliggøre vedvarende drift. Tidligere drift af elektronik ved Venus overfladeforhold (f.eks. i Venus-missioner) har været begrænset til et par timer i et beskyttet tryk/temperatur-indkapsling, på grund af det ekstreme miljø.

Standardelektronik, der anvendes kommercielt og til planetarisk udforskning, er baseret på siliciumhalvledere, som ikke fungerer ved Venus-temperaturer. Et team ved NASA Glenn Research Center (GRC) har arbejdet på at udvikle elektronik til høj temperatur baseret på siliciumcarbid (SiC) halvledere, der kan fungere ved Venustemperaturer og derover. For nylig, holdet demonstrerede, at en række af verdens første moderat komplekse SiC-baserede mikrokredsløb (ti eller flere transistorer) kunne modstå op til 4000 timers drift ved 500°C. Disse demonstrationer omfattede kernekredsløb såsom digitale logiske kredsløb og analoge operationsforstærkere der bruges i hele elektroniske systemer.

Test af to disse kredsløb fandt sted i Glenn Extreme Environments Rig (GEER), som simulerer Venus overfladeforhold inklusive høj temperatur og tryk. I april 2016 holdet demonstrerede en SiC høj-temperatur 12-transistor ringoscillator ved Venus overfladeforhold (460 ° C, 93 atm tryk, superkritisk CO² og sporgasser) i GEER i 21,7 dage (521 timer) med god stabilitet gennem hele testen. Denne Venus overfladedemonstration af moderat kompleks elektronik er en betydelig verdensrekord - størrelsesordener i varighed ud over enhver anden Venus overfladebetingelse elektronik demonstration. Testning i Venus-forhold blev afsluttet efter 21 dage af planlægningsmæssige årsager; lignende ringoscillatorkredsløb har vist tusindvis af timers drift ved 500°C under jord-luft omgivende ovnforhold.

Disse fremskridt er et paradigmeskift, der stort set muliggør ny videnskabelig udforskning, især for Venus overfladen. SMD startede et projekt i FY17 - Long-Life In-situ Solar System Explorer (LLISSE) - som vil inkorporere denne nye SiC-elektronik. LLISSE udvikler en fungerende prototype af en billig videnskabelig sonde, der kan levere grundlæggende, men høj værdi, videnskabelige målinger fra overfladen af ​​Venus kontinuerligt i måneder eller længere. En sådan sonde var ikke levedygtig tidligere, og vil revolutionere vores forståelse af Venus overflade. Denne nye teknologi påvirker også den potentielle udvikling af sonder, der udforsker gasgiganterne (Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun) eller overfladen af ​​Merkur. SiC-baseret elektronik kunne også gøre det muligt for en intelligent luftfartsmotor at overvåge og reagere på sin egen sundhedstilstand, og kan bruges i en række kommercielle applikationer, såsom boring af dybe olieboringer eller industriel forarbejdning.

I august 2016 holdet afsluttede fremstillingen af ​​"næste generation" integrerede kredsløbswafere med ekstrem temperatur med væsentligt mere komplekse digitale og analoge kredsløb (mere end 100 transistorer). I oktober, teamet iværksatte forlænget 500 ° C test (jord-luft atmosfære) af "næste generations" integrerede kredsløb med mere end 100 transistorer. Planerne omfatter produktion af stadig mere kompleks højtemperatur SiC-elektronik for at imødekomme behovene i LLISSE-projektet og andre applikationer. NASA vil bruge en "design and build" tilgang til at øge mulighederne for de grundlæggende elektronikkomponenter, samtidig med at der tilbydes nye kredsløbstyper efter behov til specifikke applikationer.