Het weer op Venus is net zoiets als dat van Dante Inferno. De gemiddelde oppervlaktetemperatuur - 737 K (462 ° C; 864 ° F) - is heet genoeg om lood te smelten en de atmosferische druk is 92 keer die van de aarde op zeeniveau (9,2 MPa). Om deze reden zijn er maar heel weinig robotmissies ooit naar de oppervlakte van Venus gekomen, en die hebben niet lang geduurd - variërend van ongeveer 20 minuten tot iets meer dan twee uur.
Vandaar dat NASA, met het oog op toekomstige missies, robotachtige missies en componenten wil creëren die gedurende langere tijd in de atmosfeer van Venus kunnen overleven. Deze omvatten de elektronica van de volgende generatie die onderzoekers van NASA Glenn Research Center (GRC) onlangs hebben onthuld. Met deze elektronica zou een lander weken, maanden of zelfs jaren het oppervlak van Venus kunnen verkennen.
In het verleden hebben de Sovjets en NASA landers ontwikkeld om Venus te verkennen - als onderdeel van de Venera en Zeeman programma's, respectievelijk - vertrouwden op standaard elektronica, die waren gebaseerd op silicium halfgeleiders. Deze zijn gewoon niet in staat om te werken in de temperatuur- en drukomstandigheden die zich op het oppervlak van Venus bevinden, en daarom moesten ze beschermende behuizingen en koelsystemen hebben.
Het was natuurlijk slechts een kwestie van tijd voordat deze beveiligingen faalden en de sondes stopten met verzenden. Het record werd behaald door de Sovjets met hun Venera 13 sonde, die 127 minuten uitzond tussen zijn afdaling en landing. Vooruitblikkend willen NASA en andere ruimtevaartorganisaties sondes ontwikkelen die zoveel mogelijk informatie kunnen verzamelen over de atmosfeer, het oppervlak en de geologische geschiedenis van Venus voordat ze een time-out krijgen.
Om dit te doen, heeft een team van NASA's GRC gewerkt aan de ontwikkeling van elektronica die vertrouwt op silcon carbide (SiC) halfgeleiders, die in staat zouden zijn om te werken bij of boven de temperaturen van Venus. Onlangs heeft het team een demonstratie uitgevoerd met behulp van 's werelds eerste matig complexe op SiC gebaseerde microcircuits, die bestond uit tientallen of meer transistors in de vorm van digitale logische schakelingen en analoge bedrijfsversterkers.
Deze circuits, die in alle elektronische systemen van een toekomstige missie zouden worden gebruikt, waren in staat om tot 4000 uur te werken bij temperaturen van 500 ° C (932 ° F) - effectief aangetoond dat ze konden overleven in Venus-achtige omstandigheden voor langdurige periodes. Deze tests vonden plaats in de Glenn Extreme Environments Rig (GEER), die de oppervlaktecondities van Venus simuleerde, waaronder zowel de extreme temperatuur als de hoge druk.
In april 2016 testte het GRC-team een SiC 12-transistorringoscillator met behulp van de GEER voor een periode van 521 uur (21,7 dagen). Tijdens de test verhoogden ze de circuits aan temperaturen tot 460 ° C (860 ° F), atmosferische drukken van 9,3 MPa en superkritische niveaus van CO² (en andere sporengassen). Gedurende het hele proces toonde de SiC-oscillator een goede stabiliteit en bleef hij functioneren.
Deze test werd om planningsredenen na 21 dagen beëindigd en had veel langer kunnen duren. Desalniettemin vormde de duur een aanzienlijk wereldrecord, zijnde ordes van grootte langer dan enige andere demonstratie of missie die is uitgevoerd. Vergelijkbare tests hebben aangetoond dat ringoscillatorcircuits duizenden uren kunnen overleven bij temperaturen van 500 ° C (932 ° F) in omgevingsomstandigheden van de aarde en de lucht.
Dergelijke elektronica vormt een grote verschuiving voor NASA- en ruimteverkenning en zou missies mogelijk maken die voorheen onmogelijk waren. De Science Mission Direction (SMD) van NASA is van plan SiC-elektronica op te nemen in hun Long-Life In-situ Solar System Explorer (LLISSE). Momenteel wordt een prototype ontwikkeld voor dit goedkope concept, dat maanden of langer fundamentele, maar zeer waardevolle wetenschappelijke metingen vanaf het oppervlak van Venus zou opleveren.
Andere plannen om een overleefbare Venus-verkenner te bouwen, zijn de Automaton Rover for Extreme Environments (AREE), een 'steampunk rover'-concept dat meer op analoge componenten dan op complexe elektronische systemen vertrouwt. Terwijl dit concept elektronica volledig wil afschaffen om ervoor te zorgen dat een Venus-missie voor onbepaalde tijd kan blijven werken, zou de nieuwe SiC-elektronica ervoor zorgen dat complexere rovers onder extreme omstandigheden kunnen blijven werken.
Behalve Venus zou deze nieuwe technologie ook kunnen leiden tot nieuwe klassen van sondes die in staat zijn om binnen gasreuzen te verkennen - d.w.z. Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus - waar temperatuur- en drukomstandigheden in het verleden onbetaalbaar waren. Maar een sonde die vertrouwt op een geharde schaal en elektronische SiC-circuits zou heel goed diep in het binnenste van deze planeten kunnen doordringen en verrassende nieuwe dingen over hun atmosfeer en magnetische velden kunnen onthullen.
Het oppervlak van Mercurius zou ook toegankelijk kunnen zijn voor rovers en landers met behulp van deze nieuwe technologie - zelfs aan de dagzijde, waar de temperaturen een hoogte van 700 K (427 ° C; 800 ° F) bereiken. Hier op aarde zijn er tal van extreme omgevingen die nu kunnen worden verkend met behulp van SiC-circuits. Zo kunnen drones uitgerust met SiC-elektronica diepzeeboringen in olie monitoren of diep in het binnenste van de aarde verkennen.
Er zijn ook commerciële toepassingen met luchtvaartmotoren en industriële processors, waarbij extreme hitte of druk traditioneel elektronische bewaking onmogelijk maakten. Dergelijke systemen kunnen nu 'slim' worden gemaakt, waarbij ze zichzelf kunnen bewaken in plaats van te vertrouwen op operators of menselijk toezicht.
Met extreme circuits en (ooit) extreme materialen kan vrijwel elke omgeving worden verkend. Misschien zelfs het interieur van een ster!
