op:GEER replica las condiciones de superficie simuladas de Venus, incluida la temperatura, presión, y composición química. Abajo:El oscilador de anillo de alta temperatura continúa funcionando de manera estable en estas “condiciones de Venus” durante 521 horas.
Los futuros esfuerzos de exploración planetaria de la NASA, incluyendo misiones a Venus, requieren componentes electrónicos capaces de resistir temperaturas de 470 ° C o más durante períodos prolongados. Esta electrónica duradera elimina la necesidad de sistemas de enfriamiento para permitir operaciones sostenidas. Operación previa de la electrónica en las condiciones de la superficie de Venus (por ejemplo, en misiones de Venus) se ha limitado a unas pocas horas en un recinto protegido de presión / temperatura, debido al medio ambiente extremo.
La electrónica estándar utilizada comercialmente y para la exploración planetaria se basa en semiconductores de silicio, que no operan a las temperaturas de Venus. Un equipo del Centro de Investigación Glenn de la NASA (GRC) ha estado trabajando para desarrollar componentes electrónicos de alta temperatura basados en semiconductores de carburo de silicio (SiC) que pueden operar a temperaturas de Venus y superiores. Recientemente, El equipo demostró que una variedad de los primeros microcircuitos basados en SiC moderadamente complejos (decenas o más de transistores) del mundo podían soportar hasta 4000 horas de funcionamiento a 500 ° C.Estas demostraciones incluían circuitos centrales como circuitos lógicos digitales y amplificadores operacionales analógicos. que se utilizan en todos los sistemas electrónicos.
Las pruebas de dos de estos circuitos se realizaron en Glenn Extreme Environments Rig (GEER), que simula las condiciones de la superficie de Venus, incluidas altas temperaturas y presiones. En abril de 2016, El equipo demostró un oscilador de anillo de 12 transistores de alta temperatura SiC en condiciones de superficie de Venus (460 ° C, 93 atm de presión, CO² supercrítico y gases traza) en el GEER durante 21,7 días (521 horas) con buena estabilidad durante toda la prueba. Esta demostración de la superficie de Venus de la electrónica moderadamente compleja es un récord mundial significativo, órdenes de magnitud en duración más allá de cualquier otra demostración de la electrónica de la condición de la superficie de Venus. Las pruebas en condiciones de Venus terminaron después de 21 días por motivos de programación; Los circuitos de oscilador de anillo similares han mostrado miles de horas de funcionamiento a 500 ° C en condiciones de horno ambiente Tierra-aire.
Electrónica de alta temperatura de SiC antes y después de la prueba en las condiciones de la superficie de Venus (operación resistente para duraciones prolongadas). Crédito:Arriba:Marvin Smith, NASA GRC; Abajo:David Spry, NASA GRC
Estos avances son un cambio de paradigma que permite ampliamente la exploración de nuevas ciencias, especialmente para la superficie de Venus. SMD inició un proyecto en el año fiscal 2017, el Explorador del sistema solar in situ de larga duración (LLISSE), que incorporará estos nuevos componentes electrónicos de SiC. LLISSE está desarrollando un prototipo funcional de una sonda científica de bajo costo capaz de proporcionar pero de alto valor, mediciones científicas desde la superficie de Venus de forma continua durante meses o más. Una sonda de este tipo no era viable anteriormente, y revolucionará nuestra comprensión de la superficie de Venus. Esta nueva tecnología también impacta el desarrollo potencial de sondas que exploran los gigantes gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) o la superficie de Mercurio. La electrónica basada en SiC también podría permitir a un motor aeronáutico inteligente monitorear y responder a su propio estado de salud, y podría usarse en una variedad de aplicaciones comerciales, como la perforación de pozos petroleros profundos o el procesamiento industrial.
En agosto de 2016, el equipo completó la fabricación de obleas de circuito integrado de temperatura extrema de "próxima generación" que incluyen circuitos digitales y analógicos significativamente más complejos (más de 100 transistores). En octubre, el equipo inició pruebas prolongadas a 500 ° C (atmósfera Tierra-aire) de circuitos integrados de "próxima generación" con más de 100 transistores. Los planes incluyen la producción de componentes electrónicos de SiC de alta temperatura cada vez más complejos para satisfacer las necesidades del proyecto LLISSE y otras aplicaciones. La NASA utilizará un enfoque de "diseño y construcción" para aumentar las capacidades de los componentes electrónicos básicos, al tiempo que proporciona nuevos tipos de circuitos según sea necesario para aplicaciones específicas.
