Нова керамічна електроніка відкриє шлях до повернення на Венеру

Венера залишається одним із найскладніших місць для досліджень на поверхні планети, оскільки там екстремальні умови навколишнього середовища: температура близько 460 °C, тиск до 92 атмосфер і агресивна атмосфера з сірчаними сполуками. Ці фактори призводять до швидкого руйнування традиційних посадкових апаратів — радянські місії «Венера» працювали лише кілька годин, і то завдяки важким тепловим екранам і активному захисту. Такий підхід потрібно змінювати.

Джерело зображення: ШІ-генерація Grok 4/3DNews

Для реалізації довгострокових — на дні та тижні — наукових місій безпосередньо на поверхні NASA потрібна принципово нова електроніка та датчики, здатні функціонувати при 460–600 °C без систем охолодження та масивної теплоізоляції.

Звичайна кремнієва електроніка непридатна в таких умовах: вузька заборонена зона (близько 1,1 еВ) призводить до експоненційного зростання токів витоку, відбувається деградація напівпровідникових переходів, виникає нестабільність характеристик і фізичне руйнування з'єднань (тече припій, окислюються алюмінієві контакти, розкладаються полімери тощо). Тому ключовим рішенням стане перехід на широкозонні напівпровідники (передусім карбід кремнію, SiC) у поєднанні з високотемпературними структурними керамічними матеріалами — такими як оксид алюмінію (Al₂O₃), нитрид алюмінію (AlN) та інші.

Ці матеріали забезпечать термічну, хімічну та механічну стабільність, а також узгодженість коефіцієнтів теплового розширення. Рівномірне розширення всіх компонентів електронного вузла також є вкрай важливим. В іншому випадку виникнуть тріщини, відколи та надломи, якщо під час нагрівання окремі елементи почнуть збільшуватися в розмірах швидше і сильніше за інші.

Індустрія вже працює над новим класом керамічної електроніки та датчиків. Новий клас керамічних сенсорів включає п'єзорезистивні елементи на SiC для вимірювання тиску, платинові резистивні елементи в керамічній матриці для вимірювання температури та металлооксидні керамічні структури для аналізу атмосфери. Оскільки масивне екранування не буде потрібним, стійкі до агресивного середовища датчики можна буде розміщувати ближче до точок вимірювання, що підвищить точність зібраних даних, а також спростить всю систему.

Успіх подібних розробок не лише відкриває шлях до нової ери венеріанських місій — тривалого прямого вивчення поверхні, — але й розкриває значний потенціал для застосування на Землі: в геотермальному бурінні, авіадвигателестроєнні, ядерній енергетиці та високотемпературних промислових процесах, де електроніка зможе працювати всередині гарячих зон без складних систем охолодження. І це буде не менш захоплююча історія, ніж вивчення Венери.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки