Венера, вторая по счету планета от Солнца, несмотря на свою близость к Земле, исследована автоматическими посадочными аппаратами куда хуже, чем более далекий Марс. Связано это с экстремальными условиями на поверхности этой планеты, которые не только исключают отправку пилотируемых экспедиций на Венеру в будущем, но и значительно усложняют работу даже самой надежной техники. Известно, что давление атмосферы у поверхности Венеры в 90 раз превышает земное, а температура достигает 462 °C.
Именно высокая температура поверхности стала причиной того, что, несмотря на успехи в космонавтике и электронике, поверхность Венеры до сих пор так мало изучалась посадочными аппаратами, а рекорд продолжительности работы зонда на ее поверхности составляет всего 2 часа 7 минут.
Кстати, установлен он был почти 35 лет назад советской межпланетной станцией «Венера-13». 1 марта 1982 года спускаемый аппарат «Венеры-13» на парашюте совершил мягкую посадку в области Фебы, после чего передал на Землю панорамное изображение окружающего пейзажа и взял для исследования образцы грунта.
Особенность конструкции семи советских станций «Венера» и запущенных в 1980-е годы миссий «Вега», благодаря которым СССР получил неоспоримое преимущество в исследовании этой планеты, заключалась в том, что электронная начинка этих аппаратов была размещена в специальных герметичных термокамерах, охлажденных до –10 °C.
Наличие этих громоздких «термосов» на борту увеличивало массу и стоимость аппаратов, однако только так можно было решить проблему работы электроники в чрезвычайно горячих условиях. Проблема Венеры демонстрирует сложность решения технологической задачи в подобных миссиях: не так сложно заставить аппарат работать в чрезвычайно холодных условиях далеких планет, астероидов и комет, как сохранить его работоспособным в очень горячей среде.
«Если вы вспомните марсианские миссии, то отправленные туда роверы уже прислали кучу научной информации. Подобных данных вообще не прислано с Венеры, и это связано с тем, что электроника на ней не работает», — пояснил специалист по электронным устройствам NASA Филипп Ньюдек.
Даже в наши дни, с развитием новых материалов и микропроцессорной электроники,
ни один микрочип не сможет проработать в условиях венерианской атмосферы более чем несколько часов.
Вероятно, следующим спускаемым к Венере аппаратом станет ровер, который в NASA планируют запустить в 2023 году. Однако эта миссия не состоится, если к тому времени не будет разработан микрочип, способный выдерживать экстремальную температуру.
Эту задачу и начали решать инженеры NASA, недавно представившие миру чип, способный работать в условиях Венеры без специальных охлаждающих и защитных устройств.
В статье, опубликованной в журнале AIP Advances, инженеры Исследовательского центра имени Гленна (NASA) представили принципиально новый тип микрочипов, которые могут работать в условиях Венеры в сто раз дольше, чем существующие модели.
Сегодня все компьютерные чипы изготавливаются на основе кремния, однако его проблема в том, что при высокой температуре этот полупроводник начинает вести себя как обычный проводник.
Новый чип изготовлен на основе карбида кремния, который устойчив к высокой температуре и сохраняет при ней свои полупроводниковые свойства.
«Главной нашей битвой в последние десять лет был не сам карбид кремния. Проблема была в соединениях, в их укладке и совмещении со всеми остальными элементами», — пояснил Ньюдек, автор работы.
Чтобы испытать новый чип, ученые поместили его в специальную 800-литровую камеру, внутри которой воспроизводятся химические и температурные условия поверхности Венеры.
В этих условиях изготовленный чип смог проработать 521 час.
«Мы продемонстрировали возможность значительно более продолжительной работы на поверхности Венеры чипов, которым не требуется специальное охлаждение и системы защиты. И эти интегральные схемы продолжают работать даже после теста», — пояснил ученый.
Изготовленный чип по сложности, правда, совсем не напоминает современные, так как имеет всего 24 транзистора. «По сложности микросхемы в терминах закона Мура мы находимся где-то в начале 1970-х годов», — пошутил Ньюдек. Однако в планах ученых в ближайшее время собрать более сложный чип с уже сотней транзисторов.