有了它,NASA 能向 462°C 高温的金星发起挑战了

有了它,NASA 能向 462°C 高温的金星发起挑战了

不知道大家有没有这样的体验:在「冰冻模式」的冬天,满格电的手机一出门就自动关机了,就算回温后再开机,电量也不足原来的一半。有些网友调侃道,随身要带两个暖宝宝:一个贴自己,一个贴手机。

1.jpg

其实这其中的原因是锂电池的工作温度一般只有 0 到 40 度,超过或低于这个温度都会对手机的运行造成影响。特别是当温度过分偏高或偏低的时候,电子产品中不光锂电池会受到影响,就连电子元件也会因此发生物理变化,比如导线变形、芯片失灵等等。

外太空「恶劣」的环境大家是有目共睹的,对于没有大气层保护的其他星球,尤其是离像太阳这样的恒星更近的星球,「向阳」的一半表面温度非常高,而「背阴」的一面又寒冷之极。

就拿金星来说,最高温度可达到 735 开尔文(约 462°C),最次同时没有光照的一面星球表面温度接近绝对零度,约为零下 270°C。这样恶劣的环境对飞行器和其内部的各种电子元件都是巨大的考验。

2.jpg

我们平常使用的电子产品使用的元件都是「消费级」的,其耐受性相对来说差一些;然而,在一些极端环境,例如在南北极探险或是外太空探测,其使用的电子产品则需要「商业级」甚至是「军工级」的制造标准。今天我们要说的就是美国宇航局(NASA)研发的新型电子元件,可以使用在未来探测外星球高温环境的探测器上。

金星上现存的生存记录最久的飞行器是 1978 年的俄罗斯探测器 Venera 12,它着陆在金星后「存活」了仅仅 110 分钟便失去了联系。试想一下,宇航局花了大量的资金和时间去设计和发射的探测器,仅仅能工作不到短短的两个小时。

两个小时收集到的信息也很少,而这样的成本代价却是巨大的。正是由于这样的原因,在 1984 年之后就没有再在出现过对于金星的「访问」计划。然而,NASA 的 Glenn Research Center 最新研发出的耐受电子元件有可能「重启」金星的访问计划。

NASA 的由电子工程师 Phil Neudeck 领导的相关团队研发了一种碳化硅半导体电路板,这种电路板在仿真金星的极端环境下生存了 521 小时之久,是之前同样环境下的电子元件耐受度的 100 多倍。

36936105651141.jpg(新型碳化硅在高温试验前和试验后的对比)

另外,金星上的气压也比地球高很多(大约 90 倍),原先的金星着陆器在电路系统被保护在笨重的恒压容器和冷却保护下,也只能「存活」几个小时,而现在的碳化硅电路直接暴露在无冷却无气压保护的环境下也能存活几百个小时。

这样的 SiC 电路极大推动了金星着陆器的设计和任务实现,为之后的项目奠定了基础。除此之外,这项新的发现还将会应用在飞行器引擎上,用来增加材料的耐受度和削减废气的排量。

当我们在讨论外太空探测甚至星际殖民时,都把目光焦点集中在了飞船和火箭等宏观角度;其实从细节看,电子元件才是组成这些飞船的基本元素,星际探索和旅行的可能与新材料的发现和使用有着密切的关系,而很多默默无闻的材料研究者,都正在做着这些可能改变世界的事情。

新型材料探测器金星
关注极客公园公众号
反馈