Le temps sur Vénus ressemble à quelque chose de Dante Enfer. La température moyenne de surface - 737 K (462 ° C; 864 ° F) - est suffisamment chaude pour faire fondre le plomb et la pression atmosphérique est 92 fois supérieure à celle de la Terre au niveau de la mer (9,2 MPa). Pour cette raison, très peu de missions robotiques ont jamais atteint la surface de Vénus, et celles qui n'ont pas duré longtemps - allant d'environ 20 minutes à un peu plus de deux heures.
C'est pourquoi la NASA, avec un œil sur les futures missions, cherche à créer des missions robotiques et des composants qui peuvent survivre dans l'atmosphère de Vénus pendant de longues périodes. Il s'agit notamment de l'électronique de prochaine génération que les chercheurs du NASA Glenn Research Center (GRC) ont récemment dévoilé. Ces appareils électroniques permettraient à un atterrisseur d'explorer la surface de Vénus pendant des semaines, des mois, voire des années.
Dans le passé, les atterrisseurs développés par les Soviétiques et la NASA pour explorer Vénus - dans le cadre du Venera et Marin respectivement, s'appuyaient sur une électronique standard, basée sur des semi-conducteurs au silicium. Ceux-ci ne sont tout simplement pas capables de fonctionner dans les conditions de température et de pression qui existent à la surface de Vénus, et ont donc dû disposer de boîtiers de protection et de systèmes de refroidissement.
Naturellement, ce n'était qu'une question de temps avant que ces protections échouent et que les sondes arrêtent de transmettre. Le record a été atteint par les Soviétiques avec leur Venera 13 sonde, qui a transmis pendant 127 minutes entre sa descente et son atterrissage. Pour l'avenir, la NASA et d'autres agences spatiales souhaitent développer des sondes capables de recueillir autant d'informations que possible sur l'atmosphère, la surface et l'histoire géologique de Vénus avant leur expiration.
Pour ce faire, une équipe du GRC de la NASA a travaillé à développer des composants électroniques qui reposent sur des semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC), qui seraient capables de fonctionner à des températures égales ou supérieures à celles de Vénus. Récemment, l'équipe a effectué une démonstration en utilisant les premiers microcircuits à base de SiC modérément complexes au monde, qui se composaient de dizaines ou plus de transistors sous la forme de circuits logiques numériques de base et d'amplificateurs de fonctionnement analogiques.
Ces circuits, qui seraient utilisés dans tous les systèmes électroniques d'une future mission, ont pu fonctionner jusqu'à 4000 heures à des températures de 500 ° C (932 ° F) - ce qui a effectivement démontré qu'ils pouvaient survivre dans des conditions semblables à Vénus pendant une période prolongée. périodes. Ces tests ont eu lieu dans le Glenn Extreme Environments Rig (GEER), qui simulait les conditions de surface de Vénus, y compris la température extrême et la haute pression.
En avril 2016, l'équipe GRC a testé un oscillateur en anneau à 12 transistors SiC utilisant le GEER pendant une période de 521 heures (21,7 jours). Pendant l'essai, ils ont relevé qu'ils ont soumis les circuits à des températures allant jusqu'à 460 ° C (860 ° F), à des pressions atmosphériques de 9,3 MPa et à des niveaux supercritiques de CO² (et d'autres gaz en traces). Tout au long du processus, l'oscillateur SiC a montré une bonne stabilité et a continué de fonctionner.
Ce test s'est terminé après 21 jours pour des raisons de planification et aurait pu durer beaucoup plus longtemps. Néanmoins, la durée a constitué un record mondial significatif, étant des ordres de grandeur plus longs que toute autre manifestation ou mission qui a été menée. Des tests similaires ont montré que les circuits d'oscillateur en anneau peuvent survivre pendant des milliers d'heures à des températures de 500 ° C (932 ° F) dans des conditions ambiantes Terre-air.
Cette électronique constitue un tournant majeur pour la NASA et l'exploration spatiale, et permettrait des missions qui étaient auparavant impossibles. La Science Mission Direction (SMD) de la NASA prévoit d’intégrer l’électronique SiC dans son explorateur de système solaire in situ à longue durée de vie (LLISSE). Un prototype est actuellement en cours de développement pour ce concept à faible coût, qui fournirait des mesures scientifiques de base, mais très précieuses depuis la surface de Vénus pendant des mois ou plus.
D'autres plans pour construire un explorateur Venus survivable incluent l'Automaton Rover for Extreme Environments (AREE), un concept de «steampunk rover» qui s'appuie sur des composants analogiques plutôt que sur des systèmes électroniques complexes. Alors que ce concept vise à supprimer entièrement l'électronique pour garantir qu'une mission Venus puisse fonctionner indéfiniment, la nouvelle électronique SiC permettrait aux rovers plus complexes de continuer à fonctionner dans des conditions extrêmes.
Au-delà de Vénus, cette nouvelle technologie pourrait également conduire à de nouvelles classes de sondes capables d'explorer au sein des géantes gazeuses - à savoir Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune - où les conditions de température et de pression ont été prohibitives dans le passé. Mais une sonde qui s'appuie sur une coque durcie et des circuits électroniques en SiC pourrait très bien pénétrer profondément à l'intérieur de ces planètes et révéler de nouvelles choses surprenantes sur leurs atmosphères et leurs champs magnétiques.
La surface de Mercure pourrait également être accessible aux rovers et aux atterrisseurs utilisant cette nouvelle technologie - même le jour, où les températures atteignent un maximum de 700 K (427 ° C; 800 ° F). Ici sur Terre, il existe de nombreux environnements extrêmes qui pourraient maintenant être explorés à l'aide de circuits SiC. Par exemple, des drones équipés d’électronique SiC pourraient surveiller les forages pétroliers en haute mer ou explorer profondément à l’intérieur de la Terre.
Il existe également des applications commerciales impliquant des moteurs aéronautiques et des processeurs industriels, où la chaleur ou la pression extrême rendait traditionnellement impossible la surveillance électronique. Désormais, de tels systèmes pourraient être rendus «intelligents», où ils seraient capables de se surveiller eux-mêmes au lieu de dépendre des opérateurs ou de la surveillance humaine.
Avec des circuits extrêmes et (un jour) des matériaux extrêmes, à peu près n'importe quel environnement pourrait être exploré. Peut-être même l'intérieur d'une étoile!
