NASA研發嚴苛環境下使用的新型電子

[peter]

NASA研發嚴苛環境下使用的新型電子
http://www.cnbeta.com/articles/583531.htm

最主要的原因是平均735開爾文（462攝氏度）的地表溫度以及90倍於地球的大氣壓力。在金星上存活時間最長的是俄羅斯於1978年登陸的Venera 12號著陸器，由於地面惡劣環境只生存了110分鐘。自1984年以來就從未有登陸金星的太空探索任務，不過由美國宇航局Glenn 科研中心研發的全新電子有望改變這個情況。團隊已經展示了能夠在類似于金星這樣惡劣環境下使用的電子產品。
先 前的登陸器在耐熱耐壓的容器中封裝電子元件，這也增加了登陸器有效載荷的重量。由電子工程師Phil Neudeck帶領的NASA團隊，近日成功開發出了碳化矽半導體積體電路，放置在Glenn Extreme Environments Rig模擬金星的惡劣環境，最終存活了521個小時。對此NASA表示，是此前金星任務電子元件的100倍。

[peter]

http://www.cnbeta.com/articles/585697.htm

前往地球“惡魔姐妹”的旅程距離成為現實又更近了一步——科學家們近日成功研發出能夠抵擋金星上極高溫環境的計算機設備。金星是距離地球最近的行星，在此之前人類早已嘗試過向這顆高溫行星發射探測器，數量還不少，但這其中的最大問題就在于金星的環境條件實在太過于惡劣，導致當時的人類技術根本難以研制能夠在其地表順利工作的探測器。



 他們最新研制的碳化矽(硅)系統中，工程師們設計了玻璃質的密封圈、鎳合金，光纖和抗高溫陶瓷材料用于保護內部的碳化矽晶片

但是現在情況開始發生改觀，美國nasa表示該機構已經在碳化矽材料計算機技術上取得突破，這種新型電腦理論上能夠在類似金星地表的惡劣環境下可靠工作數百小時。近日一個由俄羅斯和美國科學家組成的聯合小組宣布，他們計劃在2025年向金星發射一顆探測器，該計劃被命名為“金星-D”（Venera-D）。但要想順利執行該計劃，面臨的最大障礙在于目前缺乏能夠在如此惡劣條件下順利工作的特種精密電子設備。

任何想要在金星地表開展考察的探測器都必須經受那 超過攝氏480度的高溫，以及高度有毒且腐蝕性的酸性大氣，還有將近相當于90個 大氣壓。標準的商用晶片能夠在最高攝氏250度 ?
 (這不是商規拉  商規只有 80度工業規到 100 軍規才到150度  那家chip 可以工作 250度??? 
何況ic內溫度會更高  )

的環境下繼續正常工作，但持續的時間不會很長 最終會晶片會由于過高溫度而損毀。

但是如果將晶片材料改成碳化矽，能夠忍受極端的高溫和高壓條件并正常工作。
但另外一個關鍵問題則是金星大氣對于電腦各部件之間連接件可能產生的影響。
nasa的工程師正致力于解決這一所謂的“連接”問題。在他們最新研制的碳化矽系統中，
工程師們設計了玻璃質的密封圈、鎳合金，光纖和抗高溫陶瓷材料用于保護內部的碳化矽芯片。

美國nasa 格林研究中心的科學家們使用格林極端環境模擬設備（GEER）展開了相關研究和測試。

根據相關項目組給出的報告，在模擬金星環境的條件下，
他們研制的相關電子裝置仍然持續正常工作了大約521小時，
大約相當于22天——并且在那之后實驗停止是因為GEER設備被關閉的緣故。

關于碳化開材料系統，研究組表示：“過去和未來計劃中的金星著陸探測器
都只規劃了著陸之后數小時的運作時間，即便是做足了各項保護措施和降溫措施之后
也是如此。”因此，如果基于碳化開材料的新型電子設備能夠在金星上實際達到其設計性能，
那么這將意味著探測器壽命百倍的提升。研究組預期，
隨著未來基于碳化開 sic  材料的相關技術不斷走向成熟，這將極大地改善金星探測器的設計和任務概念，從根本上讓 金星著陸探測器 長壽成為可能。

上世紀60年代開始一直到80年代，蘇聯向金星發射了一系列的探測器，
主要歸入“金星”（Venera）個“韋加”（Vega）兩個大的項目之下。
而此次最新的這一金星計劃預計將在2025年到2026年之間發射升空。

根據設計，“金星-D”探測計劃將包括一個運行至少3年的軌道器，
以及一個預計在金星地表工作數小時的著陸器。

這一由美國-俄羅斯科學家組成的聯合小組計劃借助這一計劃的實施，
在金星搜尋可能存在的生命跡象。

該計劃將由俄羅斯方面領導，俄羅斯方面對這一項目的開發準備工作已經進行了超過10年時間。
大約在3年前 NASA 開始介入這項計劃，因為當時俄羅斯方面詢問美國是否有意加入這項計劃。
外界普遍將這項計劃視作是與此前“好奇號”火星車項目等相似的“頂級項目”。除此之外，
科學家們還有一些其他設想，其中就包括發射一系列成本較低，小型而相對簡單的著陸器，
在金星表面開展數據采集，并另外配置一架太陽能飛行器開展金星大氣飛行。
而配套的金星軌道器將幫助科學家們更好地理解金星大氣的成分，結構和動力學特征。

[peter]

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https://www.cnbeta.com/articles/science/1243927.htm

金星。金星的大气密度高达地球的90倍，表面温度约为475摄氏度，气压约93bar，相当于地球海面下方1.6公里处的压强。

金星大气层十分恐怖，地表上方约50公里处有一片巨大而稠密的云层，厚度接近20公里，最高处可达地表上方70公里，比地球大气稠密得多。在这个高度上，太阳能航天器应该能在其中飞行，并且借助现有技术便可做到。

在金星飞行器的概念设计中，还将有一架更贴近表面的飞行器，不过这将是一项巨大的挑战。这架飞行器的发动机类似于“斯特林发动机”，可以将金星表面处的极端高温转化为能量、等到凉爽的高空使用。目前采用这种发动机的飞机还寥寥无几，若能成功，它也将成为其中之一。

不过我们也许还有另一个选择——气球。

正是气球帮我们实现了人类在外星球上的首次“飞行”。1985年6月，苏联与欧洲合作开展的“维加计划”向金星大气中投放了两个巨大的气球，探测仪器放置在气球下方的吊篮里。

“我们当时只知道释放了两个气球，但不清楚它们是否还安好。”美国对这两个气球开展的追踪项目带头人罗伯特·普雷斯顿指出，“一开始，我们在示波屏上除了噪音什么都看不到。直到有一天，屏幕上突然出现了一个微弱的信号。我记得自己当时离开控制室、来到室外，看到金星在清早的天空中闪闪发光，心里忍不住想：‘我登上金星了。’”这两个气球飘浮在海拔约54公里处，共收集了46个小时的大气数据，这次任务可以说是极其成功。

系外行星的情况会更加疯狂，有的行星可能完全由冰构成，有的大气中可能含有金属。还有些行星更是可怕，就凭我们今日的技术，不管送去什么都会被彻底摧毁。不过除此之外，也有一些行星与地球颇为相似。无论这些行星系的环境如何，用到的物理原理都是相同的，我们从太阳系中学到的飞行经验将为未来的星际探索奠定良好的基础。工程师目前正在设计一款可以在金星上存活的着陆器，其中用到的物理机制有朝一日或可用来打造水星着陆器、深入气态巨行星内部的探测器、以及地心探索设备。金星上的环境十分极端，因此要想打造金星着陆器，太空飞船的许多传统部件都不适用。

金星的巨大压强会使大气层中的酸性物质深深渗入探测器部件中，意味着这些部件必须由不锈钢或钛金属制成。而极端高压则足以使电子器件融化。那么，解决方案是什么呢？最初版设计采用的甚至不是轮子、而是腿，其灵感来自荷兰设计师泰奥·杨森设计的“仿生兽”（Strandbeest）系列机械雕塑。为探测和躲避障碍物，其采用的设计有点类似小孩玩的“碰碰车”，一旦撞到障碍物就会回退，然后稍微变个方向、继续前进，这种方法也许效率不够高，但很可靠，也很适合金星环境。在探索太阳系中条件较为严苛的行星时，也许要借助这种简单、耐用、坦克般的漫游车才行。

但事实证明，不用任何电子元件几乎是不可能的。最终设计选用了耐高温的基础电子元件，用于测量大气温度和化学组成、以及将数据发送给轨道飞行器。

然后还有供能的问题。金星表面的云层过于稠密，且夜晚时间长达60天，因此太阳能显然不可行。NASA工程师计划借金星表面的风直接驱动漫游车的机械系统。除此之外，摄像机和化学传感器的问题更为棘手，还在进一步研发中。