op:GEER replica le condizioni superficiali simulate di Venere, compresa la temperatura, pressione, e composizione chimica. In basso:l'oscillatore ad anello ad alta temperatura continua a funzionare in modo stabile in queste "condizioni di Venere" per 521 ore.
I futuri sforzi di esplorazione planetaria della NASA, comprese le missioni su Venere, richiedono un'elettronica in grado di sopravvivere a temperature di 470° C e superiori per lunghi periodi. Un'elettronica così durevole elimina la necessità di sistemi di raffreddamento per consentire operazioni prolungate. Operazioni precedenti dell'elettronica alle condizioni della superficie di Venere (ad es. nelle missioni di Venere) è stato limitato a poche ore in un ambiente protetto a pressione/temperatura, a causa dell'ambiente estremo.
L'elettronica standard utilizzata commercialmente e per l'esplorazione planetaria si basa su semiconduttori di silicio, che non funzionano alle temperature di Venere. Un team del Glenn Research Center (GRC) della NASA ha lavorato per sviluppare elettronica ad alta temperatura basata su semiconduttori in carburo di silicio (SiC) che possono funzionare a temperature di Venere e superiori. Recentemente, il team ha dimostrato che una varietà dei primi microcircuiti al mondo moderatamente complessi basati su SiC (decine o più di transistor) poteva resistere fino a 4000 ore di funzionamento a 500° C. Queste dimostrazioni includevano circuiti principali come circuiti logici digitali e amplificatori operazionali analogici utilizzati in tutti i sistemi elettronici.
Il test di due di questi circuiti è avvenuto nel Glenn Extreme Environments Rig (GEER), che simula le condizioni della superficie di Venere, comprese l'alta temperatura e la pressione. Ad aprile 2016, il team ha dimostrato un oscillatore ad anello a 12 transistor SiC ad alta temperatura alle condizioni della superficie di Venere (460° C, pressione di 93 atm, CO² supercritico e gas traccia) nel GEER per 21,7 giorni (521 ore) con una buona stabilità durante l'intero test. Questa dimostrazione sulla superficie di Venere di elettronica moderatamente complessa è un record mondiale significativo:ordini di grandezza di durata oltre qualsiasi altra dimostrazione di elettronica sulle condizioni della superficie di Venere. Il test in condizioni di Venere è terminato dopo 21 giorni per motivi di programmazione; analoghi circuiti oscillatori ad anello hanno mostrato migliaia di ore di funzionamento a 500°C in condizioni di forno ambiente Terra-aria.
Elettronica SiC ad alta temperatura prima e dopo il test in condizioni di superficie Venus (funzionamento robusto per periodi prolungati). Credito:In alto:Marvin Smith, NASA GRC; In basso:David Spry, NASA GRC
Questi progressi sono un cambiamento di paradigma che consente ampiamente l'esplorazione di nuove scienze, soprattutto per la superficie di Venere. SMD ha avviato un progetto nell'AF17, il Long-Life In-situ Solar System Explorer (LLISSE), che incorporerà questi nuovi componenti elettronici SiC. LLISSE sta sviluppando un prototipo funzionante di una sonda scientifica a basso costo in grado di fornire ma di alto valore, misurazioni scientifiche dalla superficie di Venere ininterrottamente per mesi o più. Tale sonda non era praticabile in precedenza, e rivoluzionerà la nostra comprensione della superficie di Venere. Questa nuova tecnologia influisce anche sul potenziale sviluppo di sonde che esplorano i Giganti di gas (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) o la superficie di Mercurio. L'elettronica basata su SiC potrebbe anche consentire a un motore aeronautico intelligente di monitorare e rispondere al proprio stato di salute, e potrebbe essere utilizzato in una vasta gamma di applicazioni commerciali, come la trivellazione di pozzi petroliferi profondi o la lavorazione industriale.
Ad agosto 2016, il team ha completato la fabbricazione di wafer di circuiti integrati per temperature estreme di "nuova generazione" con circuiti digitali e analogici significativamente più complessi (più di 100 transistor). In ottobre, il team ha avviato test prolungati a 500°C (atmosfera terra-aria) di circuiti integrati di "nuova generazione" con più di 100 transistor. I piani includono la produzione di elettronica SiC ad alta temperatura sempre più complessa per soddisfare le esigenze del progetto LLISSE e altre applicazioni. La NASA utilizzerà un approccio di "progettazione e costruzione" per aumentare le capacità dei componenti elettronici di base, fornendo allo stesso tempo nuovi tipi di circuiti in base alle esigenze di applicazioni specifiche.
