В NASA создали микрочип, способный работать «в аду»

Камера испытаний GEER

Вас, возможно, удивляет тот факт, что именно Марс привлекает все «межпланетное» внимание, в то время как Венера, вторая планета от Солнца, казалось бы, находится ближе к Земле. Все дело в том, что эта планета обладает самой высокой температурой поверхности среди всех планет Солнечной системы. Там даже жарче, чем на Меркурии. Высокая температура в сочетании со здешней плотной каустической атмосферой не позволяют ни одному произведенному на Земле электронному прибору работать в таких условиях больше нескольких часов. И все же ученые, кажется, пришли к нужному решению этой проблемы.


Инженеры из аэрокосмического агентства NASA разработали и испытали новый компьютерный чип, способный работать без какой-либо системы охлаждения и защитной оболочки в условиях высокого давления и высокой температуры, аналогичных среде Венеры. Люди не запускали посадочных модулей на Венеру с 1982 года (последним был российский модуль, проработавший в тамошнем «аду» всего чуть более двух часов), однако согласно планам NASA, туда в 2023 году может быть отправлен ровер. Однако реализовать эту миссию не удастся, если NASA не получит микропроцессор, способный выдерживать температуру окружающей среды в 464 градуса Цельсия.

«Если взглянуть на марсианские миссии, то на поверхности Красной планеты уже побывало немало роверов, собравших самую разнообразную научную информацию. К сожалению, мы не можем похвастаться тем же самым в отношении Венеры, так как электроника просто не выдерживает ее суровых условий», — комментирует Филип Нойдек, инженер-электронщик из Исследовательского центра NASA имени Джона Гленна.

Тем не менее планета содержит множество интересных особенностей, о которых ученые хотели бы подробнее узнать. Например, согласно ведущим специалистам, информация о геологических процессах и перенасыщенной парниковыми газами атмосфере помогла бы исследователям лучше понять аналогичные процессы у нас на Земле.

Для того чтобы понять, как создать устойчивый к условиям Венеры компьютерный чип, нам необходимо в первую очередь лучше понять некоторые аспекты, связанные с производством полупроводников и транзисторов. Полупроводники – это в основном металлы, способные пропускать электрический ток с большим сопротивлением, чем это делают обычные проводники. Вы можете изменять проводимость полупроводников, что может делать их полезными в качестве транзисторов. Транзисторы, в свою очередь, – они как маленькие «ворота», стоящие на пути тока внутри микросхемы, открывающиеся и закрывающиеся в зависимости от особенности входного электрического тока. Микрочипы, являющиеся неотъемлемой частью любого современного компьютера, в общем и целом представляют собой неотъемлемую часть микросхем с проводами и транзисторами, объединенными в единый полупроводник.

Нойдек объясняет, что самой главной проблемой для микрочипов в условиях Венеры является высокая температура и ее химически реактивная атмосфера. Большинство компьютерных чипов производятся на базе кремния, однако при высоких температурах этот материал начинает вести себя как обычный проводник, теряя свойства полупроводника. Созданный же командой Нойдека чип состоит из карбида кремния, способный даже при высоких температурах сохранять полупроводниковые свойства микрочипа. Кроме того, команда разработчиков также убедилась в том, что межкомпонентные соединения (провода, соединяющие все части чипа в единое целое), созданные на базе кремнистого тантала, тоже будут способны выдерживать экстремальные температуры.





Интегральная схема до и после проверки в камере GEER

Созданный чип, предназначенный для передачи электрических сигналов, ученые проверили внутри камеры установки GEER (Glenn Extreme Environments Rig), которая по своей сути представляет высокотоксичную духовку с высоким давлением. Благодаря ей исследователи могут создавать условия, аналогичные условиям венерианской атмосферы. Микрочип проверку успешно прошел: выдерживая экстремальные температуры и давление, он продолжил выполнять свои рабочие функции в течение более 21 дня.

Конечно, очень радует, что ученые наконец-то пришли к нужному решению, однако «звездный час» для технологии пока лишь только предстоит. В настоящий момент микрочип способен умещать всего 24 транзистора, что сравнимо скорее с гораздо более древними микрочипами, а не теми, что можно найти в современных компьютерах.

«Сейчас мы где-то в «семидесятых», если рассматривать вопрос сложности нашего чипа с точки зрения закона Мура», — говорит Нойдек.

Тем не менее инженеры уже создали схему, в которой будет иметься 100 транзисторов. Да и если подумать, случаи, когда Солнечную систему эффективно исследовали и применяли менее сложные микросхемы, уже были. В конечном итоге, помимо работоспособных чипов, предстоит решить не менее значимые проблемы и вопросы. Одним из таких вопросов, например, является разработка подходящего ровера для исследования поверхности Венеры.

И все же Нойдек выражает надежду, что однажды его чипы будут использоваться в компьютерах в рамках космических миссий к Венере.

«Еще никто не создавал электрические цепи, способные работать в таких условиях и при такой температуре в течение такого длительного времени. Это действительно открывает новые возможности для выполнения миссий на Венере».