NASA maakt chip die bestand is tegen weersomstandigheden op Venus

Ruimtevaartorganisatie NASA heeft een chip ontwikkeld die veel langer bestand is tegen de extreme weersomstandigheden van de planeet Venus dan reguliere geïntegreerde schakelingen. De nieuwe chip kan volgens NASA honderd keer langer functioneren onder de omstandigheden op Venus.

NASA heeft in de geteste chip gebruikgemaakt van siliciumcarbide in plaats van het reguliere silicium. Dit is nodig omdat standaardchips gebaseerd op silicium temperaturen weerstaan tot ongeveer 250 graden Celsius, maar op Venus kan het wel 470 graden Celsius worden. Ook is de atmosferische druk enorm; deze is vergelijkbaar met zwemmen in de oceaan op een diepte van 900 meter. Bij dergelijke hoge temperaturen verliest het silicium zijn halfgeleidende eigenschap en werkt de elektronica niet meer. NASA heeft hierover gepubliceerd in een paper.

NASA heeft de vernieuwingen getest in de GEER, een ruimte waarin de ruimtevaartorganisatie in staat is de extreme weersomstandigheden van Venus na te bootsen. De door NASA geteste schakeling, een oscillator, bleef gedurende de hele test van 521 uur intact en stabiel draaien op 1,26MHz. Het ging echter wel om een oscillator die bestond uit slechts vierentwintig transistors. Daarmee heeft NASA een chip getest die vergelijkbaar is met chips uit de jaren zeventig. Niettemin is Philip Neudeck, een technicus van NASA, tevreden over dit resultaat: "Niemand heeft ooit eerder chips werkend gehouden in deze omstandigheden gedurende zo'n lange tijd."

Deze ontwikkeling zou het mogelijk moeten maken om toekomstige Venuslanders veel langer te laten functioneren. Het record staat nog op naam van Rusland, dat erin slaagde de Venera 13-lander ruim twee uur te laten overleven op Venus. Dit soort landers, die zijn uitgerust met reguliere elektronica, houden het slechts twee uur vol, omdat de voertuigen waar ze in zitten na twee uur niet meer in staat zijn bescherming te bieden tegen de hoge temperatuur en druk.

Een chip vóór en na een test waarin de weersomstandigheden van Venus zijn nagebootst.

Reacties (76)

[Franckey]

Waarom is het niet mogelijk om reguliere chips en andere elektronica in een speciale behuizing te stoppen die bescherming biedt tegen de omstandigheden op Venus?

[EliteGhost]

Omdat de stoffen in de atmosfeer van Venus de behuizing gewoonweg wegvreet en kapot drukt. Een behuizing die het echt lang volhoudt is te zwaar om te sturen. Het is geen gastvrije planeet.

[Allovich]

In https://arstechnica.co.uk...7/02/venus-computer-chip/ staat nog wat meer informatie over de omstandigheden op Venus en de chip (experimenten) van NASA.
Meer achtergrond informatie over de SiC IC's, de chip en de experimentele methode, zie: ftp://ftp.aip.org/epaps/a...GEER2SupplementaryAIP.pdf

De druk en temperatuur op Venus ligt zo rond de 9.7MPa (ruim 90x de druk op aarde) en 460 graden Celsius. Vorige missies hielden het maar kort vol (hooguit enkele uren) zelfs met bescherming tegen de druk en koeling om de elektronica te beschermen. Ook vandaag de dag blijft het een uitdaging, zeker op mechanisch gebied om een rover/lander op Venus te zetten met alle tools die je voor een missie in wilt zetten.

Quote uit de abstract van de oorspronkelijke NASA paper:

"Here we demonstrate vastly longer (weeks) electrical operation of two silicon carbide (4H-SiC) junction field effect transistor (JFET) ring oscillator ICs tested with chips directly exposed (no cooling and no protective chip packaging) to a high-fidelity physical and chemical reproduction of Venus’ surface atmosphere."

Dit is de enorme verbetering, ook al staat Siliciumcarbide nog enorm in de kinderschoenen als halfgeleider in IC's.

[Reactie gewijzigd door Allovich op 23 juli 2024 15:05]

[Munters]

Met deze temperaturen werkt het installeren van een koelblok averechts!

[supersnathan94]

Ik mag aannemen dat die koeling gaat door de verdamping van een bepaalde stof zodat de levensduur van de chip iets gerekt kan worden. Dit zijn geen standaard koeloplossingen zoals we die in een computer zien.

[N8w8]

ruim 9x de druk op aarde

De normale druk op aarde is 100kPa, dus bijna 100x!

[Allovich]

Oeps, daar ben ik een 0 achter de 9 vergeten. Inderdaad het komt dichter bij de 100x .

[supersnathan94]

Maak van die nul dan direct een 7. Zelfs 7maal aardse druk is ontzetten veel. Zwemmen op 7 meter diepte is al voor weing mensen weggelegd. Met name de oren kunnen daar erg slecht tegen. Dit zijn namelijk zo'n beetje de drukventielen van het lichaam. Een dergelijke druk kan al behoorlijke schade veroorzaken.

[FrankHe]

Altijd leuk om te lezen dat een ruimtevaartorganisatie de durf heeft om zulke uitdagingen aan te gaan. We gaan de halfgeleider opnieuw uitvinden. En ze hebben een goed staaltje werk afgeleverd.

Ik voorzie nog een andere mooie toepassing op aarde. Misschien kunnen ze met deze techniek sensor arrays fabriceren voor vulkanologisch onderzoek? We weten nog veel te weinig over de werking van vulkanen en geisers, op land en in de diepzee.

Dat is altijd het mooie van ruimtevaartonderzoek, vroeg of laat vinden we er ook toepassingen voor op aarde. Iedere dollar / euro die wordt besteed aan ruimteonderzoek verdienen we als mensheid dubbel en dwars terug, dat is althans mijn mening.

[Idunno_WhyNoT]

Onderzoek aan SiC is al een tijdje aan de gang.

Omdat ik zelf een tijdje heb mogen hobbyen aan on-chip Peltier koelers en thermo-elektrische generatoren staat me nog een leuk artikel of hogetemperatuur halfgeleiders voor de geest uit 2002. IEEE spectrum publiceerde toen een artikel "The toughest transistor yet" waar wetenschappers in staat waren op lab schaal SiC substraten te maken. Zie hier een link naar het artikel.
Omdat het toch nog steeds om een niche-toepassing gaat, gaat ontwikkeling van deze technologie natuurlijk niet op het tempo van regulier Silicium. Toch zou volgens een ander IEEE Spectrum artikel uit 2011, de elektrische automotive industrie zorgen voor een enorme impuls voor SiC. Deze heeft volgens mij nog steeds niet plaatsgehad.

[Allovich]

NASA -> NASI -> NAZI, ik zie het al ja. De aarde is eigenlijk ook rond natuurlijk. [/s]

In plaats van alleen zelf een bewering te plaatsen, kan je beter zelf met concreet bewijs komen omtrent wat er 'fake' is. Of begin een kickstarter om de experimenten / theorieën van NASA te ontkrachten. Voor dit """""nep nieuws""""" is het makkelijk, de experimentele methode is gepubliceerd, alleen nog een Venus-achtige omgeving nabootsen, zoals GEER. Dat zou voldoende moeten zijn om de bevindingen te reproduceren of te ontkrachten.

[Enyalios2011]

Je had toch wel je aluminiumfolie-hoedje op toen je dit tikte he? Want je weet maar nooit wie je gedachten afluistert

[flippy]

ten eerste is het geen bedrijf maar een overheidsinstelling en als je doelt op van braun, die was geen nazi maar een wetenschapper die verplicht was om lid te worden. en hij was niet de baas van nasa.

[Epsix]

Een van de redenen waarom ik SpaceX wel steun, maar op geen enkele manier een concurrent vindt van NASA, zijn dit soort onderzoeken. Dit soort onderzoek klinkt misschien niet sexy, maar het doet meer voor Venus/planeet verkenning dan een raket die vertikaal op en neer gaat.

Liever had ik al het SpaceX geld gewoon gedoneerd aan NASA gezien. Zij lijken toch meer er mee te doen. Maar goed, de intenties van SpaceX staan buiten kijf. Ik blijf ze steunen.

[A87]

Het blijven mooie fotos Rusland Venus
http://i.imgur.com/BrVaauJ.jpg
https://s-media-cache-ak0...c59a841e2704558f85e5e.jpg
1975? iig al WIFI toen
En ook nog een UFO op de foto er pal voor?
http://1.bp.blogspot.com/...fic%252C+news52013047.jpg
Interessant!

[Reactie gewijzigd door A87 op 23 juli 2024 15:05]

[polord1]

atmosferische druk is vergelijkbaar met 900 meter diep in water, dus de druk is 90 bar neem ik aan, aardig wat dan.

[Reactie gewijzigd door polord1 op 23 juli 2024 15:05]

[wildhagen]

Gemiddelde luchtdruk op Venus is 93 bar, bij een gemiddelde temperatuur van 467 graden Celsius.

Ook complicerende factor is dat de atmosfeer flink wat zwavelzuur bevat (150 ppm), en ook nog kleine hoeveelheden zoutzuur en fluorzuur.

En de windstoten kunnen dan ook nog tot 360 km/h oplopen.

Venus heeft dan ook een aardig uit de hand gelopen broeikas-effect

[Reactie gewijzigd door wildhagen op 23 juli 2024 15:05]

[The Third Man]

Solderen ze de draadjes aan de chips dan ook met hardsoldeer?

[DP Kunst]

Die worden eraan gebond. Hoogfrequent lassen op microschaal. https://www.youtube.com/watch?v=V6BA6rSfzjQ

En uiteraard kunnen ze die dingen ook niet op normale PCB's solderen maar gebruiken ze iets van keramiek of rogers materiaal.

[Tigran]

Ik vraag me af wanneer de hoge druk relevant wordt. Het lijkt me dat je de chips in zulke toepassingen beschermt en niet blootstelt aan de atmosfeer van Venus.
Weet iemand toevallig meer over?

[Verwijderd]

Snap ik ook niet helemaal, Ik neem aan dat onze onderzeeers ook vol zitten met electronica en dieper gaan dan 900meter.

[rdfeij]

Nee, IN de onderzeeër is de druk normaal, anders zou de mens het er ook niet uithouden. Elektronica werkt hier dus ook bij normale drukken.
Je zou dus wel een enorme drukbestendige behuizing op Venus kunnen neerzetten echter kun je dan totaal geen metingen meer doen. De werkzame electronica zit o.a. ook aan de buitenkant.

[MSalters]

Mensen kunnen een heel veel hogere druk overleven, anders zouden duikers het niet overleven. Waar mensen slecht tegen kunnen zijn plotselinge drukveranderingen, bijvoorbeeld bij het naar boven komen. Dat moet gecontroleerd om te voorkomen dat luchtbelletjes in de bloedbaan plotseling 90x uitzetten.

Maar goed, dat is een specifiek menselijk probleem. Deze electronica zal er geen last van hebben. Het grote probleem van 90x atmosferische druk op Venus is dat je dus ook 90x meer zwavelzuurdamp in een kubieke meter hebt.

[Technomania]

Echte diepte overleef je niet zonder duikersklok. Een onderzeeër is in principe een uit de kluiten gewassen duikersklok.

De plotselinge drukveranderingen kunnen inderdaad voor nare bijwerkingen zorgen.

Caissonziekte
https://nl.wikipedia.org/wiki/Caissonziekte

[wildhagen]

Een normale onderzeer komt niet op 900 meter diepte hoor, bij lange na niet zelfs. Een beetje onderzeer gaat niet heel erg veel dieper dan 300 meter, hoewel van de Virgina-klasse verhalen rond gaan dat hij tot 490 meter diepte zou komen, maar dat is nooit bewezen,

Onze eigen Walrus-klasse komt tot iets meer dan 300 meter diepte.

Wil je echt diep moet je naar een bathyscaaf of een DSV toe.

[Reactie gewijzigd door wildhagen op 23 juli 2024 15:05]

[3raser]

Het gaat erom dat elektronica wel dieper is geweest dan 900 meter. Zie bijvoorbeeld deze videobeelden uit dat Mariana trog.

The video footage also shows a type of snailfish at depths of 8,145 meters – 500 meters further down than the greatest depth that fish had been observed prior to this expedition.

Ruim 8 kilometer diep dus. En in die videocamera zitten ook gewone chips lijkt me.

[boe2]

Maar die camera zit in een beschermende behuizing. Als die behuizing het begeeft is de camera er ook meteen aan. Dat is ook de reden waarom de vorige landers op Venus wel nog data kunnen vergaren alvorens de beschermende toestellen het begeven.

[sarcast]

Dit is wat ik me letterljk zat af te vragen toen ik het artikel las, waarom niet meer tijd en onderzoek steken in de juiste bescherming van de chips?

Het lijkt me makkelijker om een behuizing te bouwen die er tegen bestand is, dan een chip die ook nog functies moet uitvoeren.

Schoenmaker, leest, ding..

[supersnathan94]

Dat ligt natuurlijk heel erg aan het type sensor. Je kunt namelijk niet de druk meten aan de oppervlakte als er een beschermende behuizing omheen zit die de druk intern hetzelfde kan houden als op aarde. Idem met temperatuur en verzamelen van andere externe dingen zoals grondsamples.

[ZpAz]

Onderzeeërs mogen dan ook wel wat meer wegen dan een vaartuig wat je de ruimte in wil schieten. Weet niet of dat er mee te maken heeft. Maar elke kilo extra is behoorlijk prijzig.

[Neko Koneko]

Snap ik ook niet helemaal, Ik neem aan dat onze onderzeeers ook vol zitten met electronica en dieper gaan dan 900meter.

Maar is het daar ook bijna 500 graden Celcius? Ik denk dat het een combinatie is van de druk en de hoge temperatuur die het moeilijk maakt om een goede landing op Venus te realiseren. Zoals ik eerder al aangaf hielden de Russische Venera landers het vaak maar een uur vol.

[Barsonax]

Word een ander verhaal als dat ding de lucht in moet en het dan ook onder hoge temperatuur moet kunnen uithouden. Materiaal eigenschappen veranderen dan nogal.

[MTBreak]

Siliciumcarbide (SiC) wordt veel gebruikt in de SEMI wereld, juist omdat de materiaaleigenschappen redelijk constant blijven tot 1000C
(Smeltemperatuur van 2700C)

[Reactie gewijzigd door MTBreak op 23 juli 2024 15:05]

[Barsonax]

Ik betwijfel eerlijk gezegd of ze daar ruimtevaartuigen van maken.

Jij doelt op de chip zelf, ik op het voertuig.

[Reactie gewijzigd door Barsonax op 23 juli 2024 15:05]

[kzin]

Ik vraag me af wanneer de hoge druk relevant wordt. Het lijkt me dat je de chips in zulke toepassingen beschermt en niet blootstelt aan de atmosfeer van Venus.

Ik denk dat het te maken heeft met het volgende:
Uit het rapport:

Elimination of heavily cumbersome electronics sheltering measures (e.g., pressure vessels and cooling systems) while simultaneously extending IC surface operating time to weeks or months should drastically alter the hardware and approach to Venus surface exploration and fundamentally change what can be considered in future Venus mission concepts.

Voor een dergelijke druk en temperaturen heb je speciale behuizingen nodig die dat kunnen weerstaan. Die zijn waarschijnlijk duur en zwaar.
Koeling is een ander probleem: Hoe koel je iets als je omgevingstemperatuur 470 graden is. Er zijn natuurlijk oplossingen te bedenken, maar die kosten energie.

Als je electronica kunt maken die het langer uithoudt bij een dergelijke hoge druk en temperatuur, kun je veel winnen. En natuurlijk stel je de chip niet bewust bloot aan de atmosfeer, maar die weet waarschijnlijk toch wel enigzings door te dringen, danwel de behuizing aan te tasten. Een opening op atomair niveau kan al voldoende zijn. De atmosfeer is nogal agressief.

[dj__jg]

Als 470 graden koud genoeg is kan je loodkoeling gebruiken in plaats van waterkoeling

[OldSchoolPhoto]

Je kan prima die chip in een bal stoppen die het overleeft, maar, dan wordt het waarnemen wat lastig en dat maakt de missie wat doelloos. De atmosfeer daar is helaas niet alleen water, maar iets agressiever. Bovendien het geheel koel houden in zo een hete omgeving kost heel erg veel energie, als dat al lukt, en die energie moeten we voorlopig meenemen.

[dasiro]

druk en temperatuur hebben een invloed op de geleiding van materialen. Zo zijn bepaalde materiaal plots supergeleidend op heel lage temperaturen (rond het absolute nulpunt) en beginnen hun electronen vrij te bewegen terwijl ze daarvoor vast zaten in hun moleculen of molecuulrooster.

[CivLord]

Onder hoge druk en hoge temperaturen zijn zuren veel reactiever. Een behuizing die onder aardse omstandigheden prima voldoet voor een onderdompeling in zwavelzuur zal onder hoge druk en temperatuur wegroesten als een blikje.

[0vestel0]

Wow. Bijzondere prestatie. Er wordt zoveel aandacht gegeven aan Mars dat we bijna zouden vergeten dat er meer interessante planeten in ons zonnestelsel aanwezig zijn.

[Neko Koneko]

Vind je het echter gek? Mars is een goede kandidaat voor de eerste echte kolonie op een andere planeet. Venus is daar gewoon totaal niet geschikt voor (eigenlijk geen enkele andere planeet in ons zonnestelsel, tenzij je een aantal manen van de gasreuzen meetelt). Mars spreekt gewoon veel meer tot de verbeelding bij heel veel mensen

Ik vind Venus zelf een hele boeiende planeet, zeker als je bedenkt dat de planet waarschijnlijk dezelfde "blauwdruk" had als de Aarde maar doordat ze dichter bij de zon staat een compleet andere ontwikkeling heeft doorgemaakt.

[Mathijs]

Mars is eigenlijk ook niet geschikt. Uiteindelijk ga je daar dood door kanker veroorzaakt door de kosmische straling aangezien Mars geen magnetosfeer heeft zoals de aarde.
We zullen daar ook na terraforming dus nooit onbeschermd buiten kunnen lopen.
Wat we echt nodig hebben is een warpengine, zodat we naar echt geschikte kandidaten kunnen reizen.

[WhiteDog]

Maken we toch gewoon een schild in de ruimte tegen straling? Je hoeft er ook niet buiten te lopen, je woont er in gigantische domes terwijl machines buiten het harde werk doen.

[Mathijs]

Tuurlijk, maar mijn idee blijft dat we al dat werk beter kunnen steken in een aandrijving waarmee je ergens kunt komen waar de omstandigheden beter zijn, in plaats van onze eigen soort op te gaan hokken in een omgeving die niet geschikt is voor leven.

[The Third Man]

En vergeet niet de manen zoals Titan met z'n methaancylus en Enceladus met ondergronds water.

[Metallize]

wat ze kunnen vinden ?

Mischien dat t ooit een Gasreus is geweest, in het begin van het zonnenstelsel ( zal wel niet maar wie weet ) ? samenstelling van de atmosfeer , er zal altijd informatie te vinden zijn wat bruikbaar is.

Ik hoop iig in de verre toekomst dat we Mercurius op venus kunnen mikken of een Astroide , om de atmosfeer te laten verdampen , om t toch leefbaar te maken

[Reactie gewijzigd door Metallize op 23 juli 2024 15:05]

[Maruten]

Venus is op zich prima leefbaar, alleen moet je het dan hoger in de atmosfeer zoeken. Er bestaan al sinds decennia ideeen om Venus te koloniseren dmv. Zwevende steden. Op een hoogte van 50km is de druk ongeveer gelijk aan die van de Aarde en de temperatuur tussen de 0 en 50 graden celsius. Venus' zwaartekracht is nagenoeg gelijk aan die van de Aarde en cosmische straling is ook geen probleem. Bovendien is Venus ook makkelijker bereikbaar en dichterbij dan Mars.

[MSalters]

Venus leefbaar maken is wel over nagedacht. Misschien de beste oplossing is om een groot zonnescherm te gebruiken, wat het licht reflecteert. Als Venus afkoelt, condenseert de atmosfeer. De hooglanden worden dan redelijk bereikbaar. Vervolgens wil je de oceanen gaan ontzuren. Je zult iets met al dat zwavel moeten, misschien reageren met zand tot siliciumsulfaat of zo.

[jwal]

Of een luciferfabriek bouwen

[Neko Koneko]

wat ze kunnen vinden ?

Mischien dat t ooit een Gasreus is geweest, in het begin van het zonnenstelsel ( zal wel niet maar wie weet ) ? samenstelling van de atmosfeer , er zal altijd informatie te vinden zijn wat bruikbaar is.

Ik hoop iig in de verre toekomst dat we Mercurius op venus kunnen mikken of een Astroide , om de atmosfeer te laten verdampen , om t toch leefbaar te maken

Ik had altijd begrepen dat Venus in de basis heel erg vergelijkbaar was met de Aarde maar oa. doordat Venus dichter bij de zon staat, en geen een veel zwakker magnetisch veld heeft, is het broeikaseffect daar min of meer op hol geslagen (atmosfeer is volgens mij 96% CO2).

[Reactie gewijzigd door Neko Koneko op 23 juli 2024 15:05]

[OldSchoolPhoto]

Met de technologie uit de jaren 70 konden ze ook naar de maan (oh wacht, dat was net daarvoor). Zouden we ooit een rover op Venus kunnen laten zoals we ook op Mars hebben? Dat zou letterlijk een hele nieuwe wereld voor de wetenschap ontsluiten. Mars is mooi, maar blijft toch wel een beetje veel op aarde lijken. Venus daarentegen staat al een stuk verder bij ons vandaan. Helemaal zou het spannend worden als ze het zo goed krijgen dat we voertuigen kunnen maken die in de "atmosfeer" van onze grote gasplaneten kunnen zweven/drijven.

[Verwijderd]

Het gaat nog wel even duren voordat ze een rover op Venus kunnen neerzetten.

Bij de polen landen zou overigens wel kunnen. Het is daar ongeveer 0 graden Celcius.