金星,我们要来了。
考虑到返回金星要比一趟火星来回短30%到50%,你可能会想知道为什么这么多的科学努力围绕着让我们到火星,而不是离我们最近的星球:金星。
仔细想想这点:在电路烧毁之前,待在金星表面最久的探测器只存活了2小时又7分钟。不,金星的焦热、腐蚀性和沈重的大气层,不是很吸引人。但由美国太空总署开发出的新电子零件,可能给我们前所未有的最佳机会,来近距离研究这个像地狱般有毒的星球。
位于克里夫兰(Cleveland)市的美国太空总署格伦研究中心(Glenn Research Centre)的工程师,提出比之前维纳斯(Venus)任务的电子零件寿命长1百倍的电路。
这意味着我们可能终于拥有科技基础,来实际获得待在太阳系最热行星的一些持久技术;金星的平均表面温度为摄氏462度(华氏863度)。
美国太空总署电子工程师Philip Neudeck告诉在美国流行科技网志Gizmodo的Ryan F. Mandelbaum:“如果你观看在火星的任务,有小密探测车在火星表面上获得各种科学数据。”
“完全没有那样的数据集来自金星,因为电子零件在金星上无法运作。”
然而金星的天空是由硫酸云组成的,对于地面感应器真正的问题是极热的表面温度,以及金星大气层难以忍受的密集压力。
金星拥有高压的二氧化碳大气层,大气压力超过地球表面的90倍。意味着站在金星表面上相当于在地球水面下9百公尺(3千英尺)的压力。
有了疯狂压力和焦热的双重挑战,一般电子零件无法待在金星。因此之前到金星表面的苏联任务,使用了配备密封舱的耐热且耐压太空船,来试图尽可能维持登陆路的冷却。
但事实上,一直到现在,由苏联金星13号(Venera 13)探测器在1982年所创造的127分钟,仍然是待在金星的最久纪录,显示需要有一种全新的方法。
为此,格伦研究中心的工程师开发出极度耐用的碳化硅(silicon carbide)半导体积体电路。
测试前(上方)和测试后(下方) 的积体电路: NASA
碳化硅晶片具有非常高的耐热性,而传统的硅晶片只能耐热到大约摄氏250度(华氏482度)。在那个温度下,系统会有太多的能量,电子会有不稳定的表现,意味着硅实际上停止半导体的功能。
为了测试新电路,这些研究人员把一对碳化硅晶片放在格伦极端环境设备(Glenn Extreme Environments Rig,GEER)中;这是一个8百公升的舱,基本上运作像一台地狱炉,准确重现金星大气极端的热和压力。
这对积体电路承受了这些假金星环境长达521小时,比之前的测试进步1百倍。
Neudeck在一份新闻稿说:“没有用任何冷却和保护晶片的封装,让晶片直接暴露在高度真实的金星表面大气物理和化学环境的仿冒下,我们展示出非常长时间的电子运作。”
“而且测试结束后,这两个积体电路仍然在运作。”
这是跟在之前美国太空总署测试类似的碳化硅积体电路之后,一个令人印象深刻的结果。那些晶片显示可以在地球大气压力程度的摄氏500度(华氏932度)下,存活超过1千小时。
虽然美国太空总署目前探索金星的企图在最近为了支持其他研究而被搁置,但令人鼓舞的是,知道研究这个诱人但可怕的星球,至少在技术上是可行的。
Neudeck告诉美国流行科技网志Gizmodo:“没有人曾经让电路在这样的环境和温度下,运行这么长的时间。”
“这真的开启一项执行金星任务的全新方式。”
这项研究成果报导于美国物理联合会发展期刊(AIP Advances)。