U současných složitých čipů v počítačích jsme zvyklí na teploty maximálně kolem 80 stupňů Celsia při pokojové teplotě asi 21 stupňů Celsia. U specializovaných a jednoduchých pak není problém dosáhnout funkčnosti i při teplotách přes 100 stupňů Celsia.
Pro vesmírné mise jsou ale nároky mnohem vyšší a obzvláště to pak platí při průzkumu planet, kde jsou teploty a tlaky na extrémních hodnotách. Jednou takovou je Venuše, která dlouho odolávala i pouhému přistání pozemské sondy na povrch. Podařilo se to až se sondou Veněra 7 v roce 1970, která po dopadu na povrch přežila jen 23 minut. Venuše zkrátka není pohodové místo na výlety.
Venuše: extrémní teploty i tlaky
Po sondě Veněra se na povrch Venuše dostala další sonda – Veněra 8, která přežila jen o trochu déle – přibližně 50 minut. Není se čemu divit – na povrchu Venuše je průměrná teplota kolem 464 stupňů Celsia, přičemž atmosférický tlak je stokrát větší, než na naší planetě Zemi – 9,3 MPa. Pro představu, je to stejný tlak, jaký je pod špičkou podpatku při došlápnutí ženy s hmotností 45 kg.
Barevné snímky z povrchu Venuše, které sonda stihla poslat, než odešla do věčných lovišť
V těchto podmínkách je tak složité nejen udržet funkčnost samotného vybavení, ale i zmíněné elektroniky a čipů, které ji tvoří. V rámci vyslaných sond, kterým se podařilo přežít maximálně 127 minut (Veněra 13, rok 1982) se sice vysoké teploty řešily interním chlazením mírně pod nula stupňů Celsia, avšak to také znamená mnohem vyšší spotřebu elektřiny z omezené baterie a také další část, která se rozbije a je pod tlakem.
Elektronika, která přežije i podmínky Venuše
Inženýři NASA tak pro budoucí výzkum povrchu Venuše museli vymyslet elektroniku, která by dokázala takové extrémní podmínky přežít, aniž by bylo zapotřebí speciálního chlazení. Klasické čipy a spoje zkrátka nelze použít.
Testovací komora GEER (NASA)
Nakonec se podařilo vyvinout odolné polovodičové obvody založené na karbidu křemíku, které otestovali ve speciální komoře s označením GEER (NASA Glenn Extreme Environments Rig). V této komoře lze nastavit drsné podmínky Venuše a jednoduše tak zjistit, zda obvody a propojení odolají teplotám a tlakům, které panují třeba na Venuši.
Srovnání elektronických obvodů před a po testu, který simuloval podmínky Venuše (NASA)
Vytvořený třístupňový oscilátorový obvod (SiC JFET) s frekvencí 1,26 MHz nakonec vydržel fungovat po celé testovací období v podobě rekordních 521 hodin, což je téměř 22 dní. To vše bez jakéhokoli chlazení či speciální ochrany.
Porovnání odolnosti před a po testu v simulační komoře (NASA)
Jedná se pochopitelně o prototyp, který ale ukazuje směr, jakým je možné se vydat při konstrukci další elektroniky pro použití v planetárních sondách, ale třeba i v náročných podmínkách tady na Zemi.
Venuše může skrývat život
I přes to, že se podařilo vyřešit přežití elektroniky, která je důležitá jak pro funkčnost navigačních systémů, analýzu vzorků, komunikaci se Zemí a celkovou funkčnost, Venuše je výzvou i pro mechanické části. Mezi ty patří různé motory a vrtáky, které by sloužily jak pro případný pohyb na povrchu, tak i funkčnost vrtáků určených pro větší odběr vzorků.
Projíždění po Venuši se speciálním vozítkem jako tomu bylo na Marsu, tak určitě v nejbližší době nelze čekat. Na druhou stranu je třeba říci, že i v oblasti materiálů probíhá velmi rychlý technologický rozvoj, který stavbu takových strojů a konstrukcí umožní.
A proč nás vlastně vůbec Venuše zajímá? I když by se mohlo zdát, že je to místo, kterému je život zapovězen, není tomu tak. Vědci získali několik měření o složení husté atmosféry, kde jsou nižší tlaky a která obsahuje hlavně oxid uhličitý a trochu dusíku.
Vzhledem k předpokládané minulosti Venuše, která mohla před miliardami let nabízet ideální teploty podobné těm, které jsou nyní na Zemi (Země byla tehdy zmrzlá). Se skleníkovým efektem ale došlo ke změně na současný stav. Jedna z teorií tak naznačuje, že nějaké druhy mikroorganismů by mohly žít v husté atmosféře v rámci kapek mraků desítky kilometrů nad povrchem Venuše.