على اليمين: في 1 مارس 1982 ، قامت مركبة الهبوط Venera-13 بهبوط سلس على سطح الزهرة وأسقطت الغطاء الواقي من الكاميرا. اليسار: حاول أخذ عينة من تربة الزهرةتتميز كوكب الزهرة بظروف بيئية معادية للغاية. نظرًا للعدد الكبير من غازات الاحتباس الحراري ، هناك درجة حرارة عالية للغاية (حوالي 460 درجة مئوية) وضغط يبلغ حوالي 9.4 ميجا باسكال ، حوالي 90 مرة من ضغط الأرض. مشكلة أخرى هي التركيز العالي من SO
2 في الغلاف الجوي (حوالي 180 جزء في المليون على السطح). هذا التركيز يكفي لتشكيل غيوم حمضية كثيفة يبلغ سمكها عشرات الكيلومترات.
بسبب مثل هذه المشاكل ، يجب على مطوري المركبات الفضائية الماضية والحالية تنفيذ تدابير استثنائية لحماية الدوائر الدقيقة السيليكونية: هذه هي العلب القوية ذات الضغط العالي و / أو أنظمة التبريد لحماية الإلكترونيات الحيوية. تثبيت الحماية يزيد بشكل كبير من كتلة الجهاز وتكلفة المهمة. مع هذه الحماية ، فإن السجل المطلق لوقت التشغيل على سطح كوكب الزهرة لجهاز الأرض هو ساعتان و 7 دقائق. ينتمي السجل إلى محطة الكواكب
Venera-13 ، وهي مركبة هبوط تزن 1644 كجم ، ووحدة هبوط تبلغ 750 كجم.
وحدة الهبوط "فينوس -13"مجموعة من المهندسين من
مركز أبحاث ناسا. اقترح
جي جي جلينا مادة جديدة للدوائر الإلكترونية ، والتي ستزيد بشكل كبير من بقاء الجهاز وتقليل تكلفة المهمة. لصناعة الإلكترونيات ، يقترحون استخدام مواد جديدة.
في السنوات الأخيرة ، تم إجراء العديد من التجارب المثيرة للإعجاب مع موثوقية رقائق كربيد السيليكون (4H-SiC). في إحدى التجارب السابقة ، قامت نفس المجموعة من مركز جلين بتصنيع دوائر دقيقة من 24 ترانزستورات ذات تأثير ميداني ذات بوابة انتقالية (
JFET ) ،
ومستويين من التوصيلات المعدنية وحالة خزفية. تعمل الرقائق بشكل ثابت في الفرن عند درجة حرارة 500 درجة مئوية لمدة 1000 ساعة. لكن هذه التجارب أجريت في الغلاف الجوي للأرض ، لذا أعدت المجموعة الآن تجربة أخرى ، هذه المرة في جو حمضي وتحت ضغط.
تم تصنيع دائرتين متكاملتين لمذبذبات حلقة كربيد السيليكون JFET. تم اختيار مولدات الحلقات في المقام الأول لأنها تعمل مع الحد الأدنى من التوصيلات المعدنية (إشارة خرج واحدة بالإضافة إلى معيار + V
DD و GND و -V
SS للطاقة). بالإضافة إلى ذلك ، يعد هذا معيارًا مقبولاً لتوضيح الدوائر المتكاملة المنطقية ، ويمكن تمييز إشارة خرجها حتى في ظروف الضوضاء الكهربائية الكبيرة.
للاختبار ، تم تصنيع مولدات دائرية ثلاثية و 11 مرحلة. تم وضعها دون أي حماية في الظروف الفيزيائية والكيميائية المقابلة للظروف الجوية على سطح الزهرة. عقدت التجربة في مختبر الظروف البيئية القاسية في مركز أبحاث وكالة ناسا. ج. جلين - في غرفة 800 لتر
NASA Glenn Extreme Engrimts
Rig (GEER).
كاميرا GEER في مركز أبحاث ناسا. J. G. Glenn لاختبار المعدات في الظروف البيئية القاسيةلأخذ قراءات من الرقاقة أثناء الاختبار ، تم تصميم مسبار تمريري خاص في الكاميرا ، كانت نهايته في الكاميرا. يوضح الرسم التوضيحي نهاية هذا المسبار بدائرة متكاملة لمولد حلقي من 11 مرحلة قبل وبعد الاختبار.
تم تعبئة الدائرة المصغرة في علبة مقاس 3 × 3 مم ، وتم استقبال الإشارات الكهربائية بواسطة كابل من أربعة أسلاك مصنوعة من سبائك النيكل 201. وعزل الأسلاك مصنوع من عزل حراري خزفي مع أكسيد المغنسيوم المسحوق في غلاف مصنوع من Inconel 600. لعزل المسبار في غرفة GEER ، تم إغلاق الأطراف على كلا الجانبين بعدة دورات المعالجة للزجاج المقاوم للحرارة Ferro 1180A.
تم تركيب غطاء به ثقوب على أحد طرفي المسبار ، والذي من خلاله اخترق الغلاف الجوي الحمضي لفينوس. يمكن رؤيته في الصورة (ب) في الجزء العلوي (شبكة الشاشة).
قبل الإرسال "إلى الزهرة" ، أي إلى غرفة GEER ، عملت الدوائر والمسابر المتكاملة لأكثر من 47 ساعة في فرن مع جو أرضي عند درجات حرارة من 460 درجة مئوية إلى 480 درجة مئوية ، ثم 56 ساعة أخرى في غرفة GEER ذات ظروف معتدلة - درجة حرارة 460 درجة مئوية ، في جو من النيتروجين وتحت ضغط 9.0 ميجا باسكال. فقط بعد أن
يتم تغذية SO
2 في الغرفة ويزداد الضغط.
استمرت التجربة في محاكاة الجو الزهري 21.7 يومًا. تم نقل الإشارات من الرقائق من الكاميرا عبر كبل بطول 14 مترًا إلى أجهزة يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر تقع في مكان آمن. تم نقل قوة 24 فولت إليهم بنفس الطريقة.
كما هو موضح في الرسم البياني ، عمل المولد الحلقي ثلاثي المراحل بالكامل لمدة 521 ساعة من التجربة بتردد ثابت قدره 1.26 ± 0.05 ميجاهرتز ، وعمل المولد المكون من 11 مرحلة بتردد 245 ± 5 كيلوهرتز لمدة 109 ساعات تقريبًا ، وبعد ذلك بدأت الإشارة تتحلل واختفت من خلال 161 ساعة ومع ذلك ، أظهرت دراسة الدائرة المصغرة بعد التجربة أنها ظلت في حالة تشغيلية ووظيفية بالكامل.
نتيجة مولد الحلقة 11 مرحلة في غرفة GEER (أعلاه) وبعد الاستخراج منه في نهاية التجربة (أدناه)تم
نشر المقالة العلمية في ديسمبر 2016 في مجلة
AIP Advances (doi: 10.1063 / 1.4973429).