Por fin tenemos una Electrónica que puede sobrevivir en la superficie de Venus

 

Resistir  lluvias de ácido sulfúrico? Fácil. No quemarse a 500°C  ó ser aplastado por la presión de 90 atmósferas? Difícil.

 

Algunas de las pocas imágenes  en color de Venus, captadas por el aterrizador (Lander)  Venera 13 en 1982. Éstas han sido masivamente post-procesadas, a partir de la filmación realizada por las cámaras de vídeo de baja resolución. Agrandar
Venus es uno de los lugares más inhóspitos del Sistema Solar. Descender a través de las nubes y la lluvia de ácido sulfúrico en ebullición  es en realidad la parte más fácil, la más dificil  es no ser incinerado por la temperatura superficial de 470°C (878 ° F) ó aplastado por la presión atmosférica, que es alrededor de 90 veces la de la Tierra, lo mismo que nadar a 900 metros bajo el agua.
El tiempo de supervivencia más largo de un objeto hecho por el hombre en Venus fue de 127 minutos,  en 1981, cuando la nave espacial soviética Venera 13 descendió allí. Resistir durante dos horas, y enviar nuestras primeras fotos en color de la superficie del planeta, fue considerado un gran éxito; la sonda sólo se había diseñado para vivir durante 32 minutos antes de ser cocinada, aplastada, y  disuelta por el medio ambiente. Tres naves espaciales más la sucedieron, todas soviéticas, Venera 14, Vega 1 y  Vega 2, pero no hemos intentado descender nuevamente en Venus desde 1985.
Uno de los problemas centrales de la exploración de Venus es que los ordenadores digitales normales no funcionan realmente allí. Los chips de silicio estándar se pueden colgar en torno a los 250 ° C, pero al final hay tanta energía en el sistema que el silicio deja de ser un semiconductor, y los electrones pueden saltar libremente la banda prohibida, y todo deja de funcionar. Las sondas Venera mantuvieron su electrónica fría con cámaras herméticas engorrosos, y a veces tambiénsu interior fue pre-enfriado a alrededor de -10°C antes de ser dejado caer en la atmósfera por el orbitador (la nave madre)
En los últimos años la electrónica basada en el semiconductor carburo de silicio  (SiC) ha comenzado a madurar. SiC ha generado un gran interés por parte de las industrias militares y pesadas, ya que puede soportar tensiones y temperaturas muy altas (ver: PG Neudeck et al., AIP Adv. 6 , 125119, 2016 )., y esas propiedades lo convierten en un candidato muy adecuado para la computación en Venus, también.
 Un anillo oscilador de carburo de silicio caliente (400C +)  de color rojo brillante en el  Glenn Research Center de la NASA. Una puerta transistor de SiC  con electroluminiscencia azul. Crédito: NASA-Glenn
Ahora, los investigadores fuera del Glenn Research Center de la NASA ,  parecen haber superado el otro gran problema con los circuitos integrados,  la alta temperatura: las interconexiones -los elaborados y diminutos cables que conectan los transistores y otros componentes integrados, que también pueden sobrevivir a las condiciones extremas de Venus.
Los investigadores  del Centro Glenn de la NASA combinan las nuevas interconexiones con algunos transistores de SiC (Carburo de Silicio) para crear un envase de cerámica para los chips. A continuación, el chip se coloca en el  GEERla plataforma de Ambientes Extremos en el Centro Glenn, una máquina que puede mantener la temperatura y la presión a la vez, como en Venus durante cientos de horas . El chip, un simple oscilador de 3 etapas, se mantuvo funcionando a una frecuencia de  1.26MHz constante durante 521 horas (21,7) días antes de que el GEER tuvo que ser desconectado.

El nuevo chip de carburo de Silicio (SIC) , los cables de interconexión y el embalaje cerámico del conjunto diseñado en el Centro de Investigación Glenn de la NASA, antes y después de haber estado en GEER. Crédito: NASA- Gleen
El Centro  Glenn dice que éste es el primer reporte de un chip de ordenador que opera en condiciones como las de Venus-durante varios días / semanas sin la ayuda de un recipiente a presión, sistema de refrigeración, u otros medios de protección. «Con la maduración adicional de la tecnología, la electrónica de Circuitos Integrados de Carburo de Silicio (SiC IC) podrían mejorar drásticamente el diseño de las naves de descenso ( Landers) en Venus y el concepto de la misión, lo que permitirá fundamentalmente misiones mejoradas de larga duración  en la superficie de Venus», concluyen los investigadores.

El diseño básico de las naves espaciales de la serie Venera 9-10, que sirvió de modelo para las Venera 10-16 y las Vega 1-2. La esfera superior es el módulo de descenso que contiene dentro al aterrizador del mismo nombre; se desprende de la nave madre, quedando esta última en órbita para recibir y retrasmitir los datos a la Tierra. Crédito: NPO Lavochkin.

Ilustración del Lander («aterrizador») Venera 13 y sus instrumentos.

El envío de una sonda a Venus requiere sin embargo algo más que la electrónica de alta temperatura,. Durante la investigación de esta historia me encontré con un interesante sitio web  que se sumerge en la exploración Soviética de Venus  de 1961 a 1985. Resulta que la creación de herramientas que sigan trabajando a 470 ° C y 9MPa es bastante difícil. Echa un vistazo a esta descripción del aparato de perforación en los módulos de descenso Venera 13 y 14:
Capaz de perforar si es necesario 3 cm en la roca ígnea sólida, el taladro requiere la invención de nuevas aleaciones y un motor eléctrico. Las piezas de e sasmáquinas fueron diseñadas para encajar y funcionar correctamente sólo después de que tuviese lugar la dilatación térmica a 500 ° C. La cabeza de perforación telescópica baja a la superficie y perfora durante dos minutos. Empleando cargas pirotécnicas se rompen una serie de sellos que permiten que el ambiente de alta presión de Venus se precipite en un conjunto de tubos. El transporte de la muestra de suelo se realiza en etapas, primero en un tubo de transferencia de suelo y luego a  un contenedor de  muestras. El contenedor con la muestra es luego impulsado a través de un compartimento estanco por cargas pirotécnicas e introducido a la cámara de fluorescencia de rayos X. Un reservorio con un gran vacío,  baja entonces la presión de la cámara a aproximadamente 0,06 atmósferas.

 

Dibujo del taladro perforador y recogedor de muestras de la Venera 13.

Fuente: Ars Technica.    Artículo original:«We finally have a computer that can survive the surface of Venus«. Editado por 

 

La parte de  ingeniería mecánica  de una sonda para Venus todavía sería difícil hoy en día, pero gracias a los avances en la ciencia de materiales, la extracción de petróleo, y otras actividades industriales de alta temperatura,  debería estar dentro de nuestras posibilidades. Un rover, con más piezas móviles, sería mucho más difícil, aunque aparentemente el Centro de Investigación Glenn de la NASA está trabajando en un vehículo a vela  que podría estar listo para el 2023.
El girasol solar: Aprovechar el poder de 5.000 soles
Si encuentras el tema de los semiconductores de alta temperatura interesante (quién no? ),  te puede gustar nuestra historia en el girasol solar, el cual aprovecha la potencia de 5.000 soles.
Avances AIP , DOI:  https://dx.doi.org/10.1063/1.4973429
Sobre Venus:
Venus, Solar System Exploration, NASA Science.
Venus, NASA Lunar and Planetary Science
Imágenes de Venus, NASA PhotoJournal
Venus Express, ESA Science.
Multimedia Gallery, Venus Express, ESA.

 

Sobre la Exploración de Venus:
Chronology of Venus Exploration, NASA.
Missions to the Venus: Past, Present and FuturePlanetary and Space Science Centre, PASSC.
Venus, NASA Lunar and Planetary Science.
Venera: The Soviet Exploration of VenusDon P. Mitchel.
Drilling into the Surface of Venus, Don P. Mitchell .

 

Videos:
Mercury & Venus the Two most Hostile Planets in the Solar System, Documentary.
Survey of Astronomy: Venus, Missouri State University.
Venus and Mars October UC ASTR 111 Astronomy10, 2016.
Climate Catastrophes in the Solar System: Lessons for Earth, Dr.David Grinspoon, Curator of Astrobiology in the Department of Space Sciences at the Denver Museum of Nature & Science, 2012.
Venus’s Recent Geologic HistoryLunar and Planetary Institute’s 2016–2017 Cosmic Exploration Speaker Series,  Dr. Virgil L. (‘Buck’) Sharpton, LPI.

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