NASA開發出能禁得起金星地獄般環境的電子零件了!

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金星,我們要來了。

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考慮到返回金星要比一趟火星來回短30%到50%,你可能會想知道為什麼這麼多的科學努力圍繞著讓我們到火星,而不是離我們最近的星球:金星。

仔細想想這點:在電路燒毀之前,待在金星表面最久的探測器只存活了2小時又7分鐘。不,金星的焦熱、腐蝕性和沈重的大氣層,不是很吸引人。但由美國太空總署開發出的新電子零件,可能給我們前所未有的最佳機會,來近距離研究這個像地獄般有毒的星球。

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位於克里夫蘭(Cleveland)市的美國太空總署格倫研究中心(Glenn Research Centre)的工程師,提出比之前維納斯(Venus)任務的電子零件壽命長1百倍的電路。

這意味著我們可能終於擁有科技基礎,來實際獲得待在太陽系最熱行星的一些持久技術;金星的平均表面溫度為攝氏462度(華氏863度)。

美國太空總署電子工程師Philip Neudeck告訴在美國流行科技網誌Gizmodo的Ryan F. Mandelbaum:「如果你觀看在火星的任務,有漫遊者探測車在火星表面上獲得各種科學數據。」

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「完全沒有那樣的數據集來自金星,因為電子零件在金星上無法運作。」

然而金星的天空是由硫酸雲組成的,對於地面感應器真正的問題是極熱的表面溫度,以及金星大氣層難以忍受的密集壓力。

金星擁有高壓的二氧化碳大氣層,大氣壓力超過地球表面的90倍。意味著站在金星表面上相當於在地球水面下9百公尺(3千英呎)的壓力。

有了瘋狂壓力和焦熱的雙重挑戰,一般電子零件無法待在金星。因此之前到金星表面的蘇聯任務,使用了配備密封艙的耐熱且耐壓太空船,來試圖儘可能維持登陸路的冷卻。

但事實上,一直到現在,由蘇聯金星13號(Venera 13)探測器在1982年所創造的127分鐘,仍然是待在金星的最久紀錄,顯示需要有一種全新的方法。

為此,格倫研究中心的工程師開發出極度耐用的碳化矽(silicon carbide)半導體積體電路。

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測試前(上方)和測試後(下方) 的積體電路: NASA

碳化矽晶片具有非常高的耐熱性,而傳統的矽晶片只能耐熱到大約攝氏250度(華氏482度)。在那個溫度下,系統會有太多的能量,電子會有不穩定的表現,意味著矽實際上停止半導體的功能。

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為了測試新電路,這些研究人員把一對碳化矽晶片放在格倫極端環境設備(Glenn Extreme Environments Rig,GEER)中;這是一個8百公升的艙,基本上運作像一台地獄爐,準確重現金星大氣極端的熱和壓力。

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這對積體電路承受了這些假金星環境長達521小時,比之前的測試進步1百倍

Neudeck在一份新聞稿說:「沒有用任何冷卻和保護晶片的封裝,讓晶片直接暴露在高度真實的金星表面大氣物理和化學環境的仿冒下,我們展示出非常長時間的電子運作。」

「而且測試結束後,這兩個積體電路仍然在運作。」

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這是跟在之前美國太空總署測試類似的碳化矽積體電路之後,一個令人印象深刻的結果。那些晶片顯示可以在地球大氣壓力程度的攝氏500度(華氏932度)下,存活超過1千小時。

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雖然美國太空總署目前探索金星的企圖在最近為了支持其他研究而被擱置,但令人鼓舞的是,知道研究這個誘人但可怕的星球,至少在技術上是可行的。

Neudeck告訴美國流行科技網誌Gizmodo:「沒有人曾經讓電路在這樣的環境和溫度下,運行這麼長的時間。」

「這真的開啟一項執行金星任務的全新方式。」

這項研究成果報導於美國物理聯合會發展期刊(AIP Advances)

來源:ScienceAlert