الطقس على كوكب الزهرة هو شيء خارج دانتي نار كبيرة. متوسط درجة حرارة السطح - 737 كلفن (462 درجة مئوية ؛ 864 درجة فهرنهايت) - ساخن بما يكفي لإذابة الرصاص والضغط الجوي 92 مرة من ضغط الأرض عند مستوى سطح البحر (9.2 ميجا باسكال). لهذا السبب ، وصل عدد قليل جدًا من المهام الروبوتية إلى سطح كوكب الزهرة ، وتلك التي لم تستمر طويلًا - تتراوح من حوالي 20 دقيقة إلى أكثر من ساعتين بقليل.
لذلك ، تتطلع وكالة ناسا ، مع التركيز على المهام المستقبلية ، إلى إنشاء مهام ومكونات روبوتية يمكنها البقاء داخل جو الزهرة لفترات طويلة من الزمن. وتشمل هذه الإلكترونيات من الجيل التالي التي كشف عنها باحثون من مركز أبحاث ناسا جلين (GRC) مؤخرًا. ستسمح هذه الإلكترونيات للمُنزل باستكشاف سطح كوكب الزهرة لأسابيع أو شهور أو حتى سنوات.
في الماضي ، طور الهبوط من قبل السوفييت ووكالة ناسا لاستكشاف كوكب الزهرة - كجزء من فينيرا و مارينر البرامج ، على التوالي - تعتمد على الإلكترونيات القياسية ، التي كانت تعتمد على أشباه موصلات السيليكون. هذه ببساطة ليست قادرة على العمل في ظروف درجة الحرارة والضغط الموجودة على سطح الزهرة ، وبالتالي تتطلب أن يكون لها أغلفة واقية وأنظمة تبريد.
وبطبيعة الحال ، كانت هذه مسألة وقت فقط قبل أن تفشل هذه الحمايات وتوقف المجسات عن الإرسال. الرقم القياسي الذي حققه السوفييت مع فينيرا 13 مسبار ، والذي ينتقل لمدة 127 دقيقة بين هبوطه وهبوطه. بالنظر إلى المستقبل ، ترغب وكالة ناسا ووكالات الفضاء الأخرى في تطوير مجسات يمكنها جمع أكبر قدر ممكن من المعلومات حول الغلاف الجوي لسطح الزهرة وسطحها وتاريخها الجيولوجي قبل انتهاء الوقت.
للقيام بذلك ، يعمل فريق من GRC التابع لناسا على تطوير الإلكترونيات التي تعتمد على أشباه الموصلات من كربيد السيلكون (SiC) ، والتي ستكون قادرة على العمل عند درجات حرارة الزهرة أو فوقها. في الآونة الأخيرة ، أجرى الفريق عرضًا توضيحيًا باستخدام أول دوائر صغيرة في العالم معتدلة التعقيد قائمة على SiC ، والتي تتكون من عشرات أو أكثر من الترانزستورات في شكل دوائر المنطق الرقمي الأساسية ومكبرات الصوت التناظرية.
كانت هذه الدوائر ، التي سيتم استخدامها في جميع أنحاء الأنظمة الإلكترونية لمهمة مستقبلية ، قادرة على العمل لمدة تصل إلى 4000 ساعة عند درجات حرارة 500 درجة مئوية (932 درجة فهرنهايت) - أثبتت بشكل فعال أنها يمكن أن تعيش في ظروف تشبه الزهرة لفترات طويلة فترات. أجريت هذه الاختبارات في جهاز Glenn Extreme Environ Rig (GEER) ، الذي يحاكي ظروف سطح فينوس ، بما في ذلك درجة الحرارة القصوى والضغط العالي.
في أبريل عام 2016 ، قام فريق GRC باختبار مذبذب حلقي ترانزستور SiC 12 باستخدام GEER لمدة 521 ساعة (21.7 يومًا). أثناء الاختبار ، رفعوا أنهم أخضعوا الدوائر لدرجات حرارة تصل إلى 460 درجة مئوية (860 درجة فهرنهايت) ، والضغوط الجوية 9.3 ميجا باسكال ومستويات فوق الحرجة من ثاني أكسيد الكربون (والغازات النزرة الأخرى). أظهر المذبذب SiC طوال العملية استقرارًا جيدًا واستمر في العمل.
تم إنهاء هذا الاختبار بعد 21 يومًا لأسباب تتعلق بالجدولة ، ويمكن أن يستمر لفترة أطول. ومع ذلك ، شكلت المدة رقما قياسيا عالميا كبيرا ، حيث كانت أوامر من حجم أطول من أي مظاهرة أو مهمة أخرى أجريت. أظهرت اختبارات مماثلة أن دارات المذبذب الحلقي يمكن أن تعيش لآلاف الساعات في درجات حرارة 500 درجة مئوية (932 درجة فهرنهايت) في الظروف المحيطة بالهواء والأرض.
وتشكل هذه الإلكترونيات تحولًا كبيرًا لوكالة ناسا واستكشاف الفضاء ، وستمكن المهام التي كانت مستحيلة سابقًا. تخطط إدارة مهمة العلوم (SMD) التابعة لناسا لدمج إلكترونيات SiC في مستكشف النظام الشمسي طويل المدى في الموقع (LLISSE). يتم حاليًا تطوير نموذج أولي لهذا المفهوم منخفض التكلفة ، والذي سيوفر تدابير علمية أساسية ، ولكنها ذات قيمة عالية من سطح كوكب الزهرة لشهور أو أكثر.
تشمل الخطط الأخرى لبناء مستكشف فينوس الذي يمكن النجاة منه Automaton Rover للبيئات المتطرفة (AREE) ، وهو مفهوم "steampunk rover" الذي يعتمد على المكونات التناظرية بدلاً من الأنظمة الإلكترونية المعقدة. في حين أن هذه المفاهيم تسعى للتخلص من الإلكترونيات تمامًا لضمان أن مهمة فينوس يمكن أن تعمل إلى أجل غير مسمى ، فإن إلكترونيات SiC الجديدة ستسمح للمركبات الأكثر تعقيدًا بمواصلة العمل في الظروف القاسية.
بالإضافة إلى كوكب الزهرة ، يمكن أن تؤدي هذه التكنولوجيا الجديدة أيضًا إلى فئات جديدة من المجسات قادرة على الاستكشاف داخل عمالقة الغاز - أي المشتري وزحل وأورانوس ونبتون - حيث كانت درجات الحرارة والضغط شديدة المنع في الماضي. لكن المسبار الذي يعتمد على قشرة صلبة ودوائر SiC الإلكترونية يمكن أن يخترق بعمق داخل هذه الكواكب ويكشف عن أشياء جديدة مذهلة حول الغلاف الجوي والمجالات المغناطيسية.
يمكن أيضًا الوصول إلى سطح عطارد للركاب والهبوط باستخدام هذه التكنولوجيا الجديدة - حتى على الجانب النهاري ، حيث تصل درجات الحرارة إلى 700 كلفن (427 درجة مئوية ؛ 800 درجة فهرنهايت). هنا على الأرض ، هناك الكثير من البيئات القاسية التي يمكن استكشافها الآن بمساعدة دوائر SiC. على سبيل المثال ، يمكن للطائرات بدون طيار المزودة بإلكترونيات SiC مراقبة حفر النفط في أعماق البحار أو الاستكشاف بعمق في باطن الأرض.
هناك أيضًا تطبيقات تجارية تتضمن محركات طيران ومعالجات صناعية ، حيث الحرارة الشديدة أو الضغط الذي يجعل المراقبة الإلكترونية مستحيلة تقليديًا. الآن يمكن جعل هذه الأنظمة "ذكية" ، حيث تكون قادرة على مراقبة نفسها بدلاً من الاعتماد على المشغلين أو الإشراف البشري.
مع الدوائر المتطرفة والمواد المتطرفة (يومًا ما) ، يمكن استكشاف أي بيئة تقريبًا. ربما حتى داخل النجم!
