Sää Venuksella on kuin jotain Danten omasta Inferno. Keskimääräinen pintalämpötila - 737 K (462 ° C; 864 ° F) - on tarpeeksi kuuma sulattamaan lyijyä ja ilmakehän paine on 92 kertaa maapallon korkeampi merenpinnan tasolla (9,2 MPa). Tästä syystä hyvin harvat robotti-operaatiot ovat koskaan päässeet Venuksen pinnalle, ja ne, jotka eivät ole kestäneet kauan - noin 20 minuutista hieman yli kahteen tuntiin.
Siksi NASA aikoo tulevaisuuden tehtäviä silmällä pitäen luoda robotti-operaatioita ja komponentteja, jotka kestävät Venuksen ilmakehässä pitkään. Näihin kuuluu seuraavan sukupolven elektroniikka, jonka NASA Glenn Research Centerin (GRC) tutkijat hiljattain paljastivat. Nämä elektroniikat mahdollistaisivat maanpinnan tutkia Venuksen pintaa viikkojen, kuukausien tai jopa vuosien ajan.
Aikaisemmin Neuvostoliiton ja NASA: n kehittämät maa-alueet Venuksen tutkimiseksi - osana Venera ja merimies ohjelmat, vastaavasti, - luottavat vakioelektroniikkaan, joka perustui piipuolijohteisiin. Ne eivät yksinkertaisesti pysty toimimaan lämpötiloissa ja paineissa, jotka ovat Venuksen pinnalla, ja siksi ne vaativat, että niissä on suojakotelot ja jäähdytysjärjestelmät.
Luonnollisesti oli vain ajan kysymys ennen kuin nämä suojaukset epäonnistuivat ja koettimet lopettivat lähettämisen. Ennätys saavutettiin neuvostoliiton kanssa Venera 13 koetin, joka siirtyi 127 minuutin ajan laskeutumisen ja laskeutumisen välillä. Tulevaisuuteen NASA ja muut avaruusjärjestöt haluavat kehittää koettimia, jotka voivat kerätä mahdollisimman paljon tietoa Venuksen ilmakehästä, pinnasta ja geologisesta historiasta ennen aikakatkaisuaan.
Tätä varten NASA: n GRC: n ryhmä on työskennellyt kehittääkseen elektroniikkaa, joka perustuu silikonikarbidin (SiC) puolijohteisiin, joka pystyisi toimimaan Venuksen lämpötiloissa tai niiden yläpuolella. Äskettäin ryhmä järjesti demonstraation käyttämällä maailman ensimmäisiä kohtalaisen monimutkaisia SiC-pohjaisia mikropiirejä, jotka koostuivat kymmenistä tai useammista transistoreista ytimen digitaalisten logiikkapiirien ja analogisten operaatiovahvistimien muodossa.
Nämä piirit, joita käytettäisiin kaikissa tulevan operaation sähköisissä järjestelmissä, pystyivät toimimaan jopa 4000 tuntia 500 ° C: n (932 ° F) lämpötiloissa - osoittivat tehokkaasti, että ne voivat selviytyä Venuksen kaltaisissa olosuhteissa pitkään aikoja. Nämä testit suoritettiin Glenn Extreme Environments Rig -laitteessa (GEER), joka simuloi Venuksen pintaolosuhteita, mukaan lukien sekä äärilämpötila että korkea paine.
GRC-ryhmä testasi huhtikuussa 2016 SiC 12-transistorin rengasoskillaattoria GEER: llä 521 tunnin (21,7 päivän) ajan. Testin aikana he nostivat he altistavan piirejä lämpötiloihin jopa 460 ° C (860 ° F), ilmakehän paineisiin 9,3 MPa ja ylikriittisiin tasoihin CO 2 (ja muut hivenkaasut). Koko prosessin ajan SiC-oskillaattori osoitti hyvää stabiilisuutta ja toimi jatkuvasti.
Tämä testi päättyi 21 päivän kuluttua aikataulusyistä, ja olisi voinut jatkaa paljon kauemmin. Siitä huolimatta kesto oli merkittävä maailmanennätys, joka oli suuruusluokkaa pidempi kuin mikään muu mielenosoitus tai tehtävä, joka on toteutettu. Samankaltaiset testit ovat osoittaneet, että rengasoskillaattoripiirit voivat säilyä tuhansien tuntien ajan lämpötiloissa 500 ° C (932 ° F) maan ja ilman ympäristöolosuhteissa.
Tällainen elektroniikka on merkittävä muutos NASA: lle ja avaruustutkimukselle, ja se mahdollistaisi aiemmin mahdotonta tehtäviä. NASA: n tiedeoperaatio (SMD) suunnittelee sisällyttävänsä SiC-elektroniikan pitkäaikaiseen in situ aurinkokäyttöjärjestelmään (LLISSE). Tätä edullista konseptia varten kehitetään parhaillaan prototyyppiä, joka tarjoaisi perusteellisia, mutta erittäin arvokkaita tieteellisiä toimenpiteitä Venuksen pinnalta kuukausia tai pidempään.
Muita suunnitelmia selviytyvän Venus-tutkimusmatkailijan rakentamiseksi ovat AREE (Automaton Rover for Extreme Environments), "steampunk rover" -konsepti, joka luottaa analogisiin komponentteihin eikä monimutkaisiin elektronisiin järjestelmiin. Vaikka tällä konseptilla pyritään poistamaan elektroniikka kokonaan sen varmistamiseksi, että Venus-operaatio voisi toimia loputtomiin, uusi SiC-elektroniikka antaisi monimutkaisemmille rovereille mahdollisuuden jatkaa toimintaa äärimmäisissä olosuhteissa.
Venuksen ulkopuolella tämä uusi tekniikka voisi johtaa myös uusiin luokkiin koettimia, jotka kykenevät tutkimaan kaasujättiläisten - toisin sanoen Jupiterin, Saturnuksen, Uranuksen ja Neptunuksen - sisällä, joissa lämpötila- ja paineolosuhteet ovat aiemmin olleet kiellettyjä. Mutta koetin, joka luottaa kovettuneeseen kuoreen ja SiC-elektronisiin piireihin, voisi hyvinkin tunkeutua syvälle näiden planeettojen sisätilaan ja paljastaa hätkähdyttäviä uusia asioita niiden ilmakehästä ja magneettikentistä.
Elohopean pintaan pääsee myös rovereille ja laskureille, jotka käyttävät tätä uutta tekniikkaa - jopa päiväpuolella, missä lämpötilat nousevat korkeintaan 700 K (427 ° C; 800 ° F). Täällä maan päällä on paljon äärimmäisiä ympäristöjä, joita voitaisiin nyt tutkia piikarbidipiirien avulla. Esimerkiksi SiC-elektroniikalla varustetut droonit voivat tarkkailla syvänmeren öljyporauksia tai tutkia syvällä maan sisätiloissa.
On olemassa myös kaupallisia sovelluksia, joihin osallistuvat ilmailumoottorit ja teollisuusprosessorit, joissa äärimmäinen lämpö tai paine tekivät perinteisesti elektronisen valvonnan mahdottomaksi. Nyt tällaisista järjestelmistä voidaan tehdä "älykkäitä", joissa ne kykenevät seuraamaan itseään sen sijaan, että luottaisivat operaattoreihin tai ihmisen valvontaan.
Ääripiireillä ja (joskus) äärimmäisillä materiaaleilla voidaan tutkia mitä tahansa ympäristöä. Ehkä jopa tähden sisustus!
