Die Venus wird aufgrund ihres Drucks, ihrer sauren Atmosphäre und ihrer extrem hohen Temperaturen oft als die Hölle selbst bezeichnet. Der Umgang mit einem dieser Themen ist eine große Herausforderung, wenn es darum geht, die Venus zu erkunden. Der Umgang mit allen dreien ist äußerst entmutigend, wie die Sowjetunion mit ihren Venera-Landern feststellte.
Eigentlich ist der Umgang mit dem schwefelhaltigen Regen nicht allzu schwierig, aber die Hitze und der Druck auf der Oberfläche der Venus sind große Hürden für die Erkundung des Planeten. Die NASA hat an dem Venus-Problem gearbeitet und versucht, eine Elektronik zu entwickeln, die lange genug überleben kann, um nützliche Wissenschaft zu betreiben. Und es sieht so aus, als würden sie große Fortschritte machen.
Wissenschaftler des NASA Glenn Research Center haben elektronische Schaltkreise demonstriert, die dazu beitragen sollen, die Oberfläche der Venus für die Erforschung zu öffnen.
"Mit der Weiterentwicklung der Technologie könnte eine solche Elektronik das Design und die Missionskonzepte der Venuslander drastisch verbessern und die ersten Langzeitmissionen an die Oberfläche der Venus ermöglichen", sagte Phil Neudeck, leitender Elektronikingenieur für diese Arbeit.
Mit unserer aktuellen Technologie können Lander den Oberflächenbedingungen auf der Venus nur wenige Stunden standhalten. Sie können in wenigen Stunden nicht viel Wissenschaft betreiben, insbesondere wenn Sie die Missionskosten abwägen. Daher ist es entscheidend, die Überlebensfähigkeit eines Venuslanders zu erhöhen.
Mit einer Temperatur von 460 Grad Celsius ist die Venus fast doppelt so heiß wie die meisten Öfen. Es ist heiß genug, um Blei zu schmelzen. Darüber hinaus ist der Oberflächendruck auf der Venus etwa 90-mal höher als auf der Erde, weil die Atmosphäre so dicht ist.
Um die Elektronik früherer Venus-Lander zu schützen, wurden sie in speziellen Behältern untergebracht, die Druck und Temperatur standhalten. Aber diese Schiffe fügen der Mission viel Masse hinzu und machen das Senden von Landern zur Venus zu einer sehr teuren Angelegenheit. Die Arbeit der NASA an robuster Elektronik ist daher für die Erforschung der Venus von großer Bedeutung.
Das Team des Glenn Research Center hat integrierte Siliziumkarbid-Halbleiterschaltungen (Si C IC) entwickelt, die äußerst robust sind. Zwei der Schaltkreise wurden in einer speziellen Kammer getestet, um die Bedingungen auf der Venus genau wiederzugeben. Diese Kammer wird als Glenn Extreme Environments Rig (GEER) bezeichnet.
GEER ist eine spezielle Kammer, die die Bedingungen an jedem Körper in unserem Sonnensystem wiederherstellen kann. Es handelt sich um eine 800-Liter-Kammer, die Temperaturen bis zu 500 ° C und Drücke vom Vakuum bis zum 90-fachen des Oberflächendrucks der Erde simulieren kann. GEER kann mit seinen präzisen Gasmischfunktionen auch exotische Atmosphären simulieren. Es kann sehr spezifische Gasmengen bis zu einer Genauigkeit von Teilen pro Million mischen. Für diese Tests bedeutet dies, dass das Gerät ein genaues Rezept für CO2, N2, SO2, HF, HCl, CO, OCS, H2S und H2O bis auf sehr geringe Mengen reproduzieren musste. Und die Tests waren ein Erfolg.
"Wir haben einen wesentlich längeren elektrischen Betrieb mit Chips demonstriert, die direkt - keine Kühlung und keine Schutzchipverpackung - einer physikalischen und chemischen Reproduktion der Oberflächenatmosphäre der Venus mit hoher Wiedergabetreue ausgesetzt waren", sagte Neudeck. "Und beide integrierten Schaltkreise funktionierten auch nach dem Ende des Tests noch."
Tatsächlich funktionierten die beiden Schaltkreise nicht nur nach Abschluss des Tests, sondern hielten 521 Stunden lang venusähnlichen Bedingungen stand. Das ist mehr als 100-mal länger als bei früheren Demonstrationen von Elektronik für Venus-Missionen.
Die Schaltkreise selbst waren ursprünglich für den Betrieb bei extrem hohen Temperaturen in Flugzeugtriebwerken ausgelegt. „Diese Arbeit ermöglicht nicht nur das Potenzial für neue wissenschaftliche Erkenntnisse in der erweiterten Venusoberfläche und anderen Planetenerkundungen, sondern hat auch potenziell erhebliche Auswirkungen auf eine Reihe erdrelevanter Anwendungen, z. B. in Flugzeugtriebwerken, um neue Fähigkeiten zu ermöglichen, den Betrieb zu verbessern und zu reduzieren Emissionen “, sagte Gary Hunter, Principal Investigator für die Entwicklung der Venus-Oberflächenelektronik.
Die Chips selbst waren sehr einfach. Sie waren keine Prototypen einer bestimmten Elektronik, die mit einem Venuslander ausgestattet wäre. Diese Tests haben gezeigt, dass die neuen integrierten Siliziumkarbidschaltungen (Si C IC) den Bedingungen auf der Venus standhalten können.
Eine Reihe weiterer Herausforderungen bleibt bestehen, wenn es um den Gesamterfolg eines Venuslanders geht. Alle Geräte, die dort betrieben werden müssen, wie Sensoren, Bohrer und atmosphärische Probenehmer, müssen die Wärmeausdehnung durch extrem hohe Temperaturen noch überstehen. In vielen Fällen sind robuste neue Designs erforderlich. Aber dieser erfolgreiche Test von Elektronik, die ohne sperrige, schwere Schutzgehäuse überleben kann, ist definitiv ein Sprung nach vorne.
Wenn Sie daran interessiert sind, wie ein Venuslander aussehen könnte, schauen Sie sich das Venus Sail Rover-Konzept an.
