op:GEER réplique les conditions de surface simulées par Vénus, y compris la température, pression, et composition chimique. En bas :l'oscillateur en anneau à haute température continue de fonctionner de manière stable dans ces « conditions de Vénus » pendant 521 heures.
Les futurs efforts d'exploration planétaire de la NASA, y compris les missions vers Vénus, nécessitent une électronique capable de résister à des températures de 470 °C et plus pendant de longues durées. Une telle électronique durable élimine le besoin de systèmes de refroidissement pour permettre des opérations soutenues. Opération précédente de l'électronique aux conditions de surface de Vénus (par exemple, dans les missions Vénus) a été limité à quelques heures dans une enceinte protégée pression/température, en raison de l'environnement extrême.
L'électronique standard utilisée commercialement et pour l'exploration planétaire est basée sur des semi-conducteurs en silicium, qui ne fonctionnent pas aux températures de Vénus. Une équipe du Glenn Research Center (GRC) de la NASA a travaillé au développement d'une électronique à haute température basée sur des semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC) pouvant fonctionner à des températures de Vénus et au-dessus. Récemment, l'équipe a démontré qu'une variété des premiers microcircuits à base de SiC modérément complexes (des dizaines ou plus de transistors) pouvaient supporter jusqu'à 4000 heures de fonctionnement à 500°C. Ces démonstrations comprenaient des circuits de base tels que des circuits logiques numériques et des amplificateurs opérationnels analogiques qui sont utilisés dans tous les systèmes électroniques.
Les tests de deux de ces circuits ont eu lieu dans le Glenn Extreme Environments Rig (GEER), qui simule les conditions de surface de Vénus, y compris la température et la pression élevées. En avril 2016, l'équipe a fait la démonstration d'un oscillateur en anneau à 12 transistors à haute température en SiC dans les conditions de surface de Vénus (460 °C, 93 atmosphère de pression, CO² supercritique et gaz traces) dans le GEER pendant 21,7 jours (521 heures) avec une bonne stabilité tout au long du test. Cette démonstration à la surface de Vénus d'électronique modérément complexe est un record mondial important - des ordres de grandeur en durée au-delà de toute autre démonstration électronique de l'état de la surface de Vénus. Les tests dans les conditions de Vénus ont pris fin après 21 jours pour des raisons de planification ; des circuits d'oscillateurs en anneau similaires ont montré des milliers d'heures de fonctionnement à 500 °C dans des conditions de four ambiant Terre-air.
Electronique SiC haute température avant et après test dans les conditions de surface de Vénus (fonctionnement robuste pour des durées prolongées). Crédit :Haut :Marvin Smith, GRC de la NASA ; En bas :David Spry, NASA GRC
Ces avancées constituent un changement de paradigme qui permet largement de nouvelles explorations scientifiques, surtout pour la surface de Vénus. SMD a lancé un projet au cours de l'exercice 2017—L'explorateur de système solaire in-situ à longue durée de vie (LLISSE)—qui intégrera cette nouvelle électronique SiC. LLISSE développe un prototype fonctionnel d'une sonde scientifique à faible coût capable de fournir des mais de grande valeur, mesures scientifiques de la surface de Vénus en continu pendant des mois ou plus. Une telle sonde n'était pas viable auparavant, et révolutionnera notre compréhension de la surface de Vénus. Cette nouvelle technologie impacte également le développement potentiel de sondes explorant les géantes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) ou la surface de Mercure. L'électronique à base de SiC pourrait également permettre à un moteur aéronautique intelligent de surveiller et de répondre à son propre état de santé, et pourrait être utilisé dans une gamme d'applications commerciales, tels que le forage de puits de pétrole en profondeur ou le traitement industriel.
En août 2016, l'équipe a terminé la fabrication de plaquettes de circuits intégrés à température extrême de « nouvelle génération » comportant des circuits numériques et analogiques beaucoup plus complexes (plus de 100 transistors). En octobre, l'équipe a initié des tests prolongés à 500°C (atmosphère terre-air) de circuits intégrés de "nouvelle génération" avec plus de 100 transistors. Les plans incluent la production d'électronique SiC à haute température de plus en plus complexe pour répondre aux besoins du projet LLISSE et d'autres applications. La NASA utilisera une approche « conception et construction » pour augmenter les capacités des composants électroniques de base, tout en fournissant de nouveaux types de circuits selon les besoins pour des applications spécifiques.
