غالبًا ما يتم وصف كوكب الزهرة على أنه الجحيم نفسه ، بسبب ضغطه الساحق ، والجو الحمضي ، ودرجات الحرارة المرتفعة للغاية. يعد التعامل مع أي من هذه التحديات تحديًا كبيرًا عندما يتعلق الأمر باستكشاف كوكب الزهرة. التعامل مع الثلاثة أمر صعب للغاية ، كما اكتشف الاتحاد السوفياتي مع مهبطات Venera الخاصة بهم.
في الواقع ، إن التعامل مع المطر الكبريتي ليس صعبًا للغاية ، لكن الحرارة والضغط على سطح كوكب الزهرة يشكلان عقبات كبيرة لاستكشاف الكوكب. تعمل وكالة ناسا على حل مشكلة فينوس ، في محاولة لتطوير الإلكترونيات التي يمكن أن تستمر لفترة طويلة بما يكفي للقيام بعلوم مفيدة. ويبدو أنهم يحرزون تقدمًا كبيرًا.
أظهر العلماء في مركز أبحاث ناسا جلين الدوائر الإلكترونية التي يجب أن تساعد في فتح سطح كوكب الزهرة للاستكشاف.
قال فيل نوديك ، كبير مهندسي الإلكترونيات في هذا العمل: "مع المزيد من التطوير التكنولوجي ، يمكن لهذه الإلكترونيات أن تحسن بشكل كبير تصميمات ومفاهيم مهمة فينوس ، مما يتيح أول مهام طويلة الأمد على سطح الزهرة".
بفضل تقنيتنا الحالية ، لا يستطيع الهبوط تحمل ظروف سطح الزهرة إلا لبضع ساعات. لا يمكنك القيام بالكثير من العلوم في غضون ساعات قليلة ، خاصة عندما يتم وزنه مقابل تكلفة المهمة. لذا فإن زيادة قابلية بقاء مركبة الهبوط فينوس أمر بالغ الأهمية.
مع درجة حرارة 460 درجة مئوية (860 درجة فهرنهايت) ، فإن الزهرة تصل إلى ضعف درجة حرارة معظم الأفران. إنها ساخنة بما يكفي لإذابة الرصاص ، في الواقع. ليس هذا فقط ، ولكن الضغط السطحي على كوكب الزهرة أكبر بحوالي 90 مرة من ضغط الأرض ، لأن الغلاف الجوي كثيف جدًا.
لحماية الإلكترونيات على مركبات الهبوط السابقة فينوس ، تم تضمينها داخل أوعية خاصة مصممة لتحمل الضغط ودرجة الحرارة. لكن هذه السفن تضيف الكثير من الكتلة إلى المهمة ، وتجعل إرسال الهبوط إلى فينوس عرضًا مكلفًا للغاية. لذا فإن عمل وكالة ناسا على الإلكترونيات القوية مهم للغاية عندما يتعلق الأمر باستكشاف كوكب الزهرة.
طور الفريق في مركز غلين للأبحاث دوائر متكاملة من أشباه الموصلات من كربيد السيليكون (Si C IC) قوية للغاية. تم اختبار اثنين من الدوائر داخل غرفة خاصة مصممة بدقة لإعادة إنتاج الظروف على كوكب الزهرة. تسمى هذه القاعة جهاز Glenn Extreme Enigger Rig (GEER.)
GEER هي غرفة خاصة يمكنها إعادة تهيئة الظروف على أي جسم في نظامنا الشمسي. إنها غرفة 800 لتر (28 قدمًا مكعبة) يمكنها محاكاة درجات حرارة تصل إلى 500 درجة مئوية (932 درجة فهرنهايت) ، وضغوط من الفراغ القريب إلى أكثر من 90 مرة من ضغط سطح الأرض. يمكن لـ GEER أيضًا محاكاة الأجواء الغريبة من خلال قدرات خلط الغاز الدقيقة. يمكنه مزج كميات محددة جدًا من الغازات إلى أجزاء لكل مليون دقة. بالنسبة لهذه الاختبارات ، يعني هذا أنه كان على الوحدة إعادة إنتاج وصفة دقيقة من CO2 و N2 و SO2 و HF و HCl و CO و OCS و H2S و H2O ، وصولًا إلى كميات صغيرة جدًا. وكانت الاختبارات ناجحة.
وقال نوديك: "لقد أظهرنا تشغيلًا كهربائيًا أطول بكثير من خلال تعرض الرقائق بشكل مباشر - بدون تبريد وبدون تغليف رقاقات واقية - للتكاثر الفيزيائي والكيميائي عالي الدقة لجو سطح فينوس". ومازالت الدائرتان المتكاملتان تعملان بعد نهاية الاختبار.
في الواقع ، لم تعمل الدائرتان فقط بعد اكتمال الاختبار ، ولكنهما صمدتا في ظروف تشبه الزهرة لمدة 521 ساعة. هذا أطول 100 مرة من العروض السابقة للإلكترونيات المصممة لمهام فينوس.
تم تصميم الدوائر نفسها في الأصل للعمل في درجات الحرارة العالية للغاية داخل محركات الطائرات. "لا يمكّن هذا العمل فقط من إمكانات العلم الجديد في سطح كوكب الزهرة الموسع واستكشاف الكواكب الأخرى ، ولكن له أيضًا تأثير كبير محتمل على مجموعة من التطبيقات المتعلقة بالأرض ، مثل محركات الطائرات لتمكين القدرات الجديدة وتحسين العمليات وتقليل وقال غاري هانتر ، الباحث الرئيسي لتطوير الإلكترونيات السطحية فينوس ".
الرقائق نفسها كانت بسيطة للغاية. لم تكن نماذج أولية لأي إلكترونيات محددة سيتم تجهيزها على مركبة Venus. ما أظهرته هذه الاختبارات هو أن الدوائر المتكاملة الجديدة من كربيد السيليكون (Si C IC) يمكنها تحمل الظروف على كوكب الزهرة.
لا تزال هناك مجموعة من التحديات الأخرى عندما يتعلق الأمر بالنجاح العام لمُركب Venus. جميع المعدات التي يجب أن تعمل هناك ، مثل المستشعرات ، والمثاقب ، وأجهزة أخذ العينات الجوية ، لا يزال عليها تحمل التمدد الحراري من التعرض لدرجة حرارة عالية للغاية. تصميمات جديدة قوية ستكون مطلوبة في كثير من الحالات. لكن هذا الاختبار الناجح للإلكترونيات التي يمكن أن تعيش بدون حواجز ضخمة وثقيلة وقائية هو بالتأكيد قفزة إلى الأمام.
إذا كنت مهتمًا بما قد يبدو عليه مركبة الهبوط Venus ، فراجع مفهوم Venus Sail Rover.
