Venus wordt vaak beschreven als de hel zelf vanwege de verpletterende druk, zure atmosfeer en extreem hoge temperaturen. Omgaan met een van deze is een grote uitdaging als het gaat om het verkennen van Venus. Omgaan met alle drie is buitengewoon ontmoedigend, zoals de Sovjet-Unie ontdekte met hun Venera-landers.
In feite is het omgaan met de zwavelhoudende regen niet zo moeilijk, maar de hitte en de druk op het oppervlak van Venus zijn enorme hindernissen om de planeet te verkennen. NASA werkt aan het Venus-probleem en probeert elektronica te ontwikkelen die lang genoeg kan overleven om nuttige wetenschap te doen. En het lijkt erop dat ze enorme vooruitgang boeken.
Wetenschappers van het NASA Glenn Research Center hebben elektronische schakelingen gedemonstreerd die moeten helpen het oppervlak van Venus open te stellen voor verkenning.
"Met verdere technologische ontwikkeling zou dergelijke elektronica de ontwerpen en missieconcepten van Venus-landers drastisch kunnen verbeteren, waardoor de eerste langdurige missies naar de oppervlakte van Venus mogelijk zouden worden", aldus Phil Neudeck, hoofdelektronica-ingenieur voor dit werk.
Met onze huidige technologie zijn landers slechts een paar uur bestand tegen de oppervlaktecondities op Venus. Je kunt in een paar uur niet veel wetenschap doen, vooral wanneer je wordt afgewogen tegen de missiekosten. Het vergroten van de overlevingskansen van een Venuslander is dus cruciaal.
Met een temperatuur van 460 graden Celsius (860 graden Fahrenheit) is Venus bijna twee keer zo heet als de meeste ovens. Het is zelfs heet genoeg om lood te smelten. Niet alleen dat, maar de oppervlaktedruk op Venus is ongeveer 90 keer groter dan die van de aarde, omdat de atmosfeer zo dicht is.
Om de elektronica op eerdere Venus-landers te beschermen, bevinden ze zich in speciale vaten die ontworpen zijn om de druk en temperatuur te weerstaan. Maar deze schepen voegen veel massa toe aan de missie en maken het zeer duur om landers naar Venus te sturen. Het werk van NASA aan robuuste elektronica is dus super belangrijk als het gaat om het verkennen van Venus.
Het team van het Glenn Research Center heeft siliciumcarbide halfgeleider geïntegreerde schakelingen (Si C IC) ontwikkeld die extreem robuust zijn. Twee van de circuits zijn getest in een speciale kamer die is ontworpen om de omstandigheden op Venus nauwkeurig te reproduceren. Deze kamer heet de Glenn Extreme Environments Rig (GEER.)
GEER is een speciale kamer die de omstandigheden op elk lichaam in ons zonnestelsel kan recreëren. Het is een kamer van 800 liter (28 kubieke voet) die temperaturen tot 500 ° C (932 ° F) kan simuleren, en drukken van bijna vacuüm tot meer dan 90 keer de oppervlaktedruk van de aarde. GEER kan ook exotische sferen simuleren met zijn precieze gasmengmogelijkheden. Het kan zeer specifieke hoeveelheden gassen mengen tot een nauwkeurigheid van delen per miljoen. Voor deze tests betekende dit dat de eenheid een zeer nauwkeurig recept van CO2, N2, SO2, HF, HCl, CO, OCS, H2S en H2O moest reproduceren, tot zeer kleine hoeveelheden. En de tests waren een succes.
"We demonstreerden een veel langere elektrische werking met direct blootgestelde chips - geen koeling en geen beschermende chipverpakkingen - aan een natuurgetrouwe en chemische reproductie van de oppervlaktesfeer van Venus", zei Neudeck. "En beide geïntegreerde schakelingen werkten nog steeds na het einde van de test."
In feite werkten de twee circuits niet alleen nadat de test was voltooid, maar ze doorstonden ook Venus-achtige omstandigheden gedurende 521 uur. Dat is meer dan 100 keer langer dan eerdere demonstraties van elektronica ontworpen voor Venus-missies.
De circuits zelf waren oorspronkelijk ontworpen om te werken bij de extreem hoge temperaturen in vliegtuigmotoren. “Dit werk maakt niet alleen het potentieel voor nieuwe wetenschap mogelijk in het uitgebreide Venus-oppervlak en andere planetaire exploratie, maar het heeft ook een potentieel significante impact voor een reeks voor de aarde relevante toepassingen, zoals in vliegtuigmotoren, om nieuwe mogelijkheden mogelijk te maken, operaties te verbeteren en te verminderen emissies, "zei Gary Hunter, hoofdonderzoeker voor de ontwikkeling van Venus-oppervlakte-elektronica."
De friet zelf was heel eenvoudig. Het waren geen prototypes van enige specifieke elektronica die zou worden uitgerust op een Venus-lander. Wat uit deze tests is gebleken, is dat de nieuwe siliciumcarbide geïntegreerde schakelingen (Si C IC) de omstandigheden op Venus kunnen weerstaan.
Er zijn nog tal van andere uitdagingen als het gaat om het algehele succes van een Venus-lander. Alle apparatuur die daar moet werken, zoals sensoren, boren en atmosferische samplers, moet de thermische uitzetting door blootstelling aan extreem hoge temperaturen nog steeds overleven. In veel gevallen zijn robuuste nieuwe ontwerpen vereist. Maar deze succesvolle test van elektronica die kan overleven zonder omvangrijke, zware, beschermende behuizingen is absoluut een sprong voorwaarts.
Als je geïnteresseerd bent in hoe een Venus-lander eruit zou kunnen zien, bekijk dan het Venus Sail Rover-concept.
