В NASA створили мікрочіп, здатний працювати «у пеклі»

Камера випробувань GEER

Вас, можливо, дивує той факт, що саме Марс привертає все «міжпланетне» увага, в той час як Венера, друга планета від Сонця, здавалося б, знаходиться ближче до Землі. Вся справа в тому, що ця планета володіє найвищою температурою поверхні серед усіх планет Сонячної системи. Там навіть спекотніше, ніж на Меркурії. Висока температура в поєднанні з тутешньої щільною каустичної атмосферою не дозволяють ні одному зробленому на Землі електронного приладу працювати в таких умовах більше декількох годин. І все ж вчені, здається, прийшли до потрібного рішення цієї проблеми.

Інженери з аерокосмічного агентства NASA розробили і випробували новий комп'ютерний чіп, здатний працювати без якої-небудь системи охолодження і захисної оболонки в умовах високого тиску і високої температури, аналогічних середовищі Венери. Люди не запускали посадочних модулів на Венеру з 1982 року (останнім був російський модуль, який пропрацював у тамтешньому «пеклі» всього трохи більше двох годин), проте згідно з планами NASA, туди в 2023 році може бути відправлений ровер. Однак реалізувати цю місію не вдасться, якщо NASA не отримає мікропроцесор, здатний витримувати температуру навколишнього середовища в 464 градуси Цельсія.

«Якщо поглянути на марсіанські місії, то на поверхні Червоної планети вже побувало чимало роверів, зібрали саму різноманітну наукову інформацію. На жаль, ми не можемо похвалитися тим же самим у відношенні Венери, так як електроніка просто не витримує її суворих умов», — коментує Філіп Нойдек, інженер-електронник з Дослідницького центру NASA імені Джона Гленна.

Тим не менш планета містить безліч цікавих особливостей, про які вчені хотіли б детальніше дізнатися. Наприклад, згідно провідним фахівцям, інформація про геологічних процесах і перенасиченої парниковими газами атмосфері допомогла б дослідникам краще зрозуміти аналогічні процеси у нас на Землі.

Для того щоб зрозуміти, як створити стійкий до умов Венери комп'ютерний чіп, нам необхідно в першу чергу краще зрозуміти деякі аспекти, пов'язані з виробництвом напівпровідників і транзисторів. Напівпровідники – це в основному метали, здатні пропускати електричний струм з великим опором, ніж це роблять звичайні провідники. Ви можете змінювати провідність напівпровідників, що може робити їх корисними в якості транзисторів. Транзистори, у свою чергу, – вони як маленькі «ворота», що стоять на шляху струму всередині мікросхеми, що відкриваються і закриваються залежно від особливості вхідного електричного струму. Мікрочіпи, які є невід'ємною частиною будь-якого сучасного комп'ютера, загалом і в цілому являють собою невід'ємну частину мікросхем з проводами і транзисторами, об'єднаними в єдиний напівпровідник.

Нойдек пояснює, що найголовнішою проблемою для мікрочіпів в умовах Венери є висока температура та її хімічно реактивна атмосфера. Більшість комп'ютерних чіпів виробляються на базі кремнію, однак при високих температурах цей матеріал починає вести себе як звичайний провідник, втрачаючи властивості напівпровідника. Створений командою Нойдека чіп складається з карбіду кремнію, здатний навіть при високих температурах зберігати напівпровідникові властивості мікрочіпа. Крім того, команда розробників також переконалася в тому, що межкомпонентные з'єднання (проводи, що з'єднують всі частини чіпа в єдине ціле), створені на базі кременистого танталу, теж будуть здатні витримувати екстремальні температури.

Інтегральна схема до і після перевірки в камері GEER

Створений чіп, призначений для передачі електричних сигналів, вчені перевірили всередині камери установки GEER (Glenn Extreme Environments Rig), яка по своїй суті являє высокотоксичную духовку з високим тиском. Завдяки їй дослідники можуть створювати умови, аналогічні умовам венеріанської атмосфери. Мікрочіп перевірку успішно пройшов: витримуючи екстремальні температури і тиск, він продовжив виконувати свої робочі функції протягом 21 дня.

Звичайно, дуже радує, що вчені нарешті прийшли до потрібного рішення, однак «зоряний час» для технології поки що тільки належить. Зараз мікрочіп здатний вміщати всього 24 транзистора, що можна порівняти скоріше з набагато давнішими мікрочіпами, а не тими, що можна знайти в сучасних комп'ютерах.

«Зараз ми де-то в «сімдесятих», якщо розглядати питання складності нашого чіпа з точки зору закону Мура», — говорить Нойдек.

Тим не менш інженери створили схему, в якій буде матися 100 транзисторів. Та якщо подумати, випадки, коли Сонячну систему ефективно досліджували і застосовували менш складні мікросхеми, вже були. В кінцевому підсумку, крім працездатних чіпів, належить вирішити не менш значущі проблеми і питання. Одним з таких питань, наприклад, є розробка відповідного ровера для дослідження поверхні Венери.

І все ж Нойдек висловлює надію, що одного разу його чіпи будуть використовуватися в комп'ютерах в рамках космічних місій до Венери.

«Ще ніхто не створював електричні ланцюги, здатні працювати в таких умовах і при такій температурі протягом такого тривалого часу. Це дійсно відкриває нові можливості для виконання місій на Венері».