सिलिकॉन कार्बाइड इलेक्ट्रॉनिक्स सुरक्षा और शीतलन के बिना शुक्र पर काम कर सकते हैं

सही: 1 मार्च 1982 को, वेनेरा -13 लैंडर ने शुक्र की सतह पर एक नरम लैंडिंग की और कैमरे से सुरक्षात्मक आवरण गिरा दिया। वाम:

वीनस मिट्टी का एक नमूना लेने का प्रयास वीनस को अत्यंत शत्रुतापूर्ण पर्यावरणीय परिस्थितियों की विशेषता है। बड़ी संख्या में ग्रीनहाउस गैसों के कारण, एक उच्च तापमान (लगभग 460 डिग्री सेल्सियस) और 9.4 एमपीए का दबाव है, जो पृथ्वी के दबाव का लगभग 90 गुना है। एक अतिरिक्त समस्या वातावरण में SO ₂ की उच्च सांद्रता है (सतह पर लगभग 180 पीपीएम)। यह सघनता दसियों किलोमीटर घने अम्लीय बादलों को बनाने के लिए पर्याप्त है।

इस तरह की समस्याओं के कारण, अतीत और वर्तमान अंतरिक्ष यान के डेवलपर्स को सिलिकॉन माइक्रोकिरेट्स की सुरक्षा के लिए असाधारण उपायों को लागू करना पड़ता है: ये महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक्स की सुरक्षा के लिए शक्तिशाली उच्च दबाव वाले आवास और / या शीतलन प्रणाली हैं। सुरक्षा की स्थापना से डिवाइस का द्रव्यमान और मिशन की लागत बढ़ जाती है। इस तरह की सुरक्षा के साथ, पृथ्वी तंत्र के लिए शुक्र की सतह पर ऑपरेटिंग समय के लिए पूर्ण रिकॉर्ड 2 घंटे 7 मिनट है। यह रिकॉर्ड इंटरप्लेनेटरी स्टेशन वेनेरा -13 का है , जो 1644 किलोग्राम वजनी एक डीसेंट वाहन और 750 किलोग्राम का लैंडिंग मॉड्यूल है।


लैंडिंग मॉड्यूल "वीनस -13" नासा रिसर्च सेंटर

के इंजीनियरों का एक समूह । जे। जी। ग्लेन्ना ने इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के लिए नई सामग्री का प्रस्ताव दिया , जो नाटकीय रूप से डिवाइस के अस्तित्व को बढ़ाएगा और मिशन की लागत को कम करेगा। इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण के लिए, वे नई सामग्री का उपयोग करने का सुझाव देते हैं।

हाल के वर्षों में, सिलिकॉन कार्बाइड (4H-SiC) चिप्स की विश्वसनीयता के साथ कई प्रभावशाली प्रयोग किए गए हैं। पिछले प्रयोगों में से एक में, ग्लेन सेंटर से एक ही समूह ने 24 फील्ड प्रभाव ट्रांजिस्टर से एक जंक्शन ( JFET) के आधार पर गेट के साथ माइक्रोकिरिस्क का निर्माण किया था।), धातु के दो स्तर परस्पर और एक सिरेमिक बॉडी। चिप्स ने 500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर ओवन में 1000 घंटे तक स्थिर रूप से कार्य किया। लेकिन उन प्रयोगों को पृथ्वी के वातावरण में आयोजित किया गया था, इसलिए अब समूह ने एक और प्रयोग किया है, इस बार अम्लीय वातावरण में और दबाव में।

JFET सिलिकॉन कार्बाइड रिंग ऑसिलेटर्स के लिए दो एकीकृत सर्किट निर्मित किए गए थे। रिंग जनरेटर मुख्य रूप से चुने गए थे क्योंकि वे न्यूनतम संख्या में धातु इंटरकनेक्सेस (मानक + वी _डीडी , जीएनडी, और पावर के लिए -वी _एसएस के अलावा एक आउटपुट सिग्नल ) के साथ काम करते हैं। इसके अलावा, यह तार्किक एकीकृत सर्किट के प्रदर्शन के लिए एक स्वीकृत मानक है, उनके आउटपुट सिग्नल को महत्वपूर्ण विद्युत शोर की स्थितियों में भी प्रतिष्ठित किया जा सकता है।

परीक्षण के लिए, तीन और 11-चरण रिंग जनरेटर का निर्माण किया गया था। उन्हें शुक्र की सतह पर वायुमंडलीय स्थितियों के अनुरूप भौतिक और रासायनिक स्थितियों में बिना किसी सुरक्षा के रखा गया था। अनुभव नासा अनुसंधान केंद्र में चरम पर्यावरणीय परिस्थितियों की प्रयोगशाला में आयोजित किया गया था। जे। जी। ग्लेन - 800 लीटर नासा ग्लेन एक्सट्रीम एनवायरनमेंट रिग (GEER) के एक चैम्बर में ।


नासा रिसर्च सेंटर में GEER कैमरा। जे। जी। ग्लेन अत्यधिक पर्यावरणीय परिस्थितियों में उपकरणों का परीक्षण

करने के लिए । परीक्षण के दौरान चिप से रीडिंग लेने के लिए, चैम्बर में एक विशेष थ्रू-थ्रू जांच का निर्माण किया गया, जिसका अंत चैम्बर में था। उदाहरण परीक्षण के पहले और बाद में 11-चरण रिंग जनरेटर के एक एकीकृत सर्किट के साथ जांच के इस छोर को दर्शाता है।



माइक्रोचिप को 3 × 3 मिमी के मामले में पैक किया गया था, निकेल 201 मिश्र धातु से बने चार तारों के एक केबल द्वारा विद्युत संकेत प्राप्त किए गए थे। तारों का इन्सुलेशन इनकॉन 600 से बने एक शेल में कुचल मैग्नीशियम ऑक्साइड के साथ सिरेमिक थर्मल इन्सुलेशन से बना था। GEER कक्ष में जांच को प्रेरित करने के लिए, दोनों तरफ के छोरों को एकाधिक के साथ सील किया गया था। गर्मी प्रतिरोधी ग्लास फेरो 1180A के इलाज चक्र।

छेद के साथ एक ढक्कन जांच के एक छोर पर स्थापित किया गया था जिसके माध्यम से शुक्र का एसिड वातावरण घुस गया। इसे शीर्ष (मेश स्क्रीन) पर फोटो (बी) में देखा जा सकता है।

"वीनस" को भेजने से पहले, अर्थात् GEER चैम्बर में, एकीकृत सर्किट और जांच में एक भट्ठी में 47 घंटे से अधिक समय तक 460 ° C से 480 ° C तक तापमान पर सांसारिक वातावरण के साथ काम किया, और फिर GIR चैम्बर में एक और 56 घंटे मध्यम स्थितियों के साथ - तापमान 460 डिग्री सेल्सियस, एक नाइट्रोजन वातावरण में और 9.0 एमपीए के दबाव में। इसके बाद ही एसओ _{2 को} चेंबर में खिलाया गया और दबाव बढ़ाया गया।

वीनसियन वातावरण के सिम्युलेटर में प्रयोग 21.7 दिनों तक चला। एक 14-मीटर केबल के माध्यम से कैमरे से चिप्स के संकेतों को एक सुरक्षित स्थान पर स्थित कंप्यूटर-नियंत्रित उपकरणों को प्रेषित किया गया था। 24 वी शक्ति उसी तरह से उन्हें हस्तांतरित की गई थी।



जैसा कि ग्राफ में दिखाया गया है, 3-स्टेज रिंग जनरेटर ने पूरी तरह से 1.26, 0.05 मेगाहर्ट्ज की स्थिर आवृत्ति पर प्रयोग के 521 घंटों के लिए पूरी तरह से काम किया, और 11-चरण जनरेटर ने 245 K 5 KHz की आवृत्ति पर लगभग 109 घंटे तक काम किया, जिसके बाद संकेत क्षय होना शुरू हुआ और गायब हो गया। 161 घंटे हालांकि, प्रयोग के बाद माइक्रोकिरिट के अध्ययन से पता चला कि यह पूरी तरह से परिचालन और कार्यात्मक अवस्था में रहा।


GEER चैम्बर (ऊपर) में 11-स्टेज रिंग जनरेटर का परिणाम और प्रयोग के अंत में (नीचे) से निष्कर्षण के बाद दिसंबर 2016 में AIP एडवांस (doi: 10.1063 / 1.4933429) पत्रिका में एक

वैज्ञानिक लेख प्रकाशित हुआ था ।

Source: https://habr.com/ru/post/hi401469/