Il tempo su Venere è come qualcosa di Dante Inferno. La temperatura media della superficie - 737 K (462 ° C; 864 ° F) - è abbastanza calda per fondere il piombo e la pressione atmosferica è 92 volte quella della Terra a livello del mare (9,2 MPa). Per questo motivo, pochissime missioni robotiche sono mai arrivate sulla superficie di Venere, e quelle che non sono durate a lungo - vanno da circa 20 minuti a poco più di due ore.
Ecco perché la NASA, con un occhio alle future missioni, sta cercando di creare missioni e componenti robotici che possano sopravvivere nell'atmosfera di Venere per periodi di tempo prolungati. Questi includono l'elettronica di nuova generazione che i ricercatori del NASA Glenn Research Center (GRC) hanno recentemente svelato. Questi dispositivi elettronici consentirebbero a un lander di esplorare la superficie di Venere per settimane, mesi o addirittura anni.
In passato, i lander sviluppati dai sovietici e dalla NASA per esplorare Venere - come parte del Venera e Marinaio i programmi, rispettivamente, si basavano su componenti elettronici standard, basati su semiconduttori al silicio. Questi semplicemente non sono in grado di funzionare nelle condizioni di temperatura e pressione esistenti sulla superficie di Venere, e pertanto hanno bisogno di avere involucri protettivi e sistemi di raffreddamento.
Naturalmente, era solo questione di tempo prima che queste protezioni fallissero e le sonde smettessero di trasmettere. Il record è stato raggiunto dai sovietici con il loro Venera 13 sonda, che ha trasmesso per 127 minuti tra la sua discesa e l'atterraggio. Guardando al futuro, la NASA e altre agenzie spaziali vogliono sviluppare sonde in grado di raccogliere quante più informazioni possibile sull'atmosfera, sulla superficie e sulla storia geologica di Venere prima che scadano.
Per fare questo, un team del GRC della NASA ha lavorato per sviluppare componenti elettronici che si basano su semiconduttori al carburo di silicio (SiC), che sarebbero in grado di funzionare a temperature superiori o superiori a quelle di Venere. Di recente, il team ha condotto una dimostrazione utilizzando i primi microcircuiti moderatamente complessi basati su SiC, che consistevano in decine o più transistor sotto forma di circuiti logici digitali di base e amplificatori analogici di funzionamento.
Questi circuiti, che sarebbero stati utilizzati in tutti i sistemi elettronici di una missione futura, erano in grado di funzionare fino a 4000 ore a temperature di 500 ° C (932 ° F) - dimostrando efficacemente che potevano sopravvivere in condizioni simili a Venere per un periodo prolungato periodi. Questi test hanno avuto luogo nel Glenn Extreme Environments Rig (GEER), che simulava le condizioni superficiali di Venere, includendo sia la temperatura estrema che l'alta pressione.
Nell'aprile del 2016, il team GRC ha testato un oscillatore ad anello a 12 transistor SiC utilizzando GEER per un periodo di 521 ore (21,7 giorni). Durante il test, hanno sollevato sottoponendo i circuiti a temperature fino a 460 ° C (860 ° F), pressioni atmosferiche di 9,3 MPa e livelli supercritici di CO² (e altri gas in traccia). Durante l'intero processo, l'oscillatore SiC ha mostrato una buona stabilità e ha continuato a funzionare.
Questo test è terminato dopo 21 giorni per motivi di pianificazione e avrebbe potuto durare molto più a lungo. Tuttavia, la durata ha costituito un record mondiale significativo, essendo ordini di grandezza più lunghi di qualsiasi altra dimostrazione o missione che è stata condotta. Test simili hanno dimostrato che i circuiti dell'oscillatore ad anello possono sopravvivere per migliaia di ore a temperature di 500 ° C (932 ° F) in condizioni ambientali Terra-aria.
Tale elettronica costituisce un grande cambiamento per la NASA e l'esplorazione dello spazio e consentirebbe missioni precedentemente impossibili. La Science Mission Direction (SMD) della NASA prevede di incorporare l'elettronica SiC nel loro LLISSE (Solar System Explorer) in situ di lunga durata. Un prototipo è attualmente in fase di sviluppo per questo concetto a basso costo, che fornirebbe misure scientifiche di base, ma di grande valore dalla superficie di Venere per mesi o più.
Altri piani per costruire un sopravvissuto esploratore di Venere includono l'Automaton Rover for Extreme Environments (AREE), un concetto di "steampunk rover" che si basa su componenti analogici piuttosto che su complessi sistemi elettronici. Mentre questo concetto cerca di eliminare completamente l'elettronica per garantire che una missione Venus possa funzionare indefinitamente, la nuova elettronica SiC consentirebbe ai rover più complessi di continuare a operare in condizioni estreme.
Oltre a Venere, questa nuova tecnologia potrebbe anche portare a nuove classi di sonde in grado di esplorare all'interno dei giganti gassosi - ovvero Giove, Saturno, Urano e Nettuno - dove le condizioni di temperatura e pressione sono state proibitive in passato. Ma una sonda che si basa su un guscio indurito e circuiti elettronici SiC potrebbe benissimo penetrare in profondità all'interno di questi pianeti e rivelare cose sorprendenti sulle loro atmosfere e campi magnetici.
La superficie di Mercurio potrebbe anche essere accessibile a rover e lander utilizzando questa nuova tecnologia, anche quella diurna, dove le temperature raggiungono i 700 K (427 ° C; 800 ° F). Qui sulla Terra, ci sono molti ambienti estremi che ora potrebbero essere esplorati con l'aiuto dei circuiti SiC. Ad esempio, i droni equipaggiati con elettronica SiC potrebbero monitorare le trivellazioni petrolifere in acque profonde o esplorare in profondità all'interno della Terra.
Esistono anche applicazioni commerciali che coinvolgono motori aeronautici e processori industriali, dove il calore o la pressione estremi hanno tradizionalmente reso impossibile il monitoraggio elettronico. Ora tali sistemi potrebbero essere resi “intelligenti”, dove sono in grado di monitorare se stessi invece di fare affidamento su operatori o supervisione umana.
Con circuiti estremi e materiali (un giorno) estremi, è possibile esplorare praticamente qualsiasi ambiente. Forse anche l'interno di una stella!
