Raumfahrt: Ein Computer für die Höllenbedingungen auf der Venus

Die Venus ist einer der unbewohnbarsten Flecken in unserem Sonnensystem und auch für Raumfahrt nur schwer zu erreichen. Durch Wolken von kochendem Schwefelsäureregen auf den Boden zuzusteuern ist tatsächlich der einfache Part. Das Schwierige ist, nicht von der Oberflächentemperatur von 470 Grad Celsius eingeäschert oder von dem atmosphärischen Druck zerdrückt zu werden, der ca. dem 90fachen des Drucks auf der Erdoberfläche entspricht. Neunzigfacher Atmosphärendruck ist vergleichbar mit dem Druck 900 Meter unter der Wasseroberfläche.

Die längste Zeit, die ein menschengemachtes Objekt auf der Venus überstand waren gerade einmal 127 Minuten im Jahre 1981. Damals landete das sowjetische Raumfahrzeug Venera 13. Es war ein großer Erfolg, da die Sonde nur dafür konzipiert war, 32 Minuten zu überlegen. Dafür sendete es die ersten Farbaufnahmen überhaupt von der Oberfläche der Venus zu uns. Danach wurde es von der lebensfeindlichen Umgebeung gekocht, zerdrückt und seine Einzelteile zerlegt. Drei weitere sowjetische Missionen folgten: Venera 14, Vega 1 und Vega 2. Die letzte 1985. Seitdem hat niemand nicht mehr versucht, eine Sonde auf die Venus zu bringen.

Normale digitale Computer haben keine Chance unter den Bedingungen zu arbeiten, wie man sie auf der Venus vorfindet. Reguläre Silikon-Chips halten zwar bis 250 Grad Celsius aus, jedoch konzentriert sich irgendwann so viel Energie, dass das Silikon aufhört, als Halbleiter zu arbeiten: Die Elektronen können dann frei über die Energiebänder springen. Dann hört der Chip auf zu funktionieren. Im Venera Lander wurde die Elektronik mit mühsam hermetisch verschlossenen Kammern kühl gehalten, teilweise auch noch vor dem Abtrennen durch den Planeten-Orbiter in die Venus-Atmosphäre noch auf -10 Grad Celsius herunter gekühlt.

In den letzten Jahren hat die sich Elektronik, die auf dem Halbleiter Silikon-Karbid (SiC) basiert, ständig verbessert. SiC hat so mehr und mehr Interesse von Militär und Schwerindustrie auf sich gezogen, weil es sehr hohe Voltzahlen und Temperaturen aushält. Natürlich ist das auch ein Vorteil für eine Venusmission.

Anthony schreibt, dass Forscher des NASA Glenn Research Centers vermutlich ein weiteres großes Problem mit integrierten Schaltkreisen unter hohen Temperaturen gelöst haben: Sie können jetzt auch Zwischenverbindungen für die einzelnen integrierten Komponenten erzeugen, die ebenfalls die hohen Temperaturen der Venus aushalten. Zusammen mit einigen SiC Transistoren wurde diese Verbindung in einem Keramik-verpackten Chip im sog. „Glenn Extreme Environment Rig“ (GEER) getestet, eine Vorrichtung, die Venus-artige Bedingungen für hunderte Stunden erzeugen kann. Der Chip hielt über 521 Stunden aus, was 21,7 Tagen entspricht.

Laut NASA Glenn ist dies das erste Mal, dass ein Computerchip unter diesen Bedingungen für mehrere Tage, sogar Wochen ohne die Hilfe eines Druckgefäßes, Kühlsystem oder anderen Schutzmaßnahmen operieren konnte. Auf diese Weise würden erstmals Langzeitmissionen auf der Oberfläche der Venus in greifbare Nähe rücken.

Jedoch ist die Verfügbarkeit von Elektronik, die unter hohen Temperaturen arbeitet nicht das einzige Problem, das für eine Venusmission zu lösen ist. Nach Informationen die Anthony von den Venusmissionen der Sowjets gefunden hat ist hier noch viel mehr zu bedenken. Dies fängt alleine schon bei den anderen Werkzeugen, wie z.B. den Bohrer für Bodenproben an, der hinsichtlich Legierung, Elektronikmotor und Bohrmethodik komplett neu gedacht werden müsste.

Mit den Fortschritten in der Materialwissenschaft, Ölborhung und anderen Forschungen im Hochtemperaturbereich ist eine erneute Venusmission unter verbesserten Bedingungen wieder denkbar, laut NASA Glenn arbeiten sie sogar an einem Rover, der 2023 einsatzfähig sein soll.

Der Inhalt basiert auf einem Beitrag aus Arstechnica.co.uk geschrieben und recherchiert von Sebastian Anthony. Diese Artikel sind neben der Übersetzung für gewöhnlich in der Ausführung frei und zum Teil mit weiterem Wissen zum Original ergänzt. Bitte besuchen Sie auch die Original-Webseite, da sie zusätzlich sehr schöne Illustrationen und weitere Links enthält.
Quelle (englisch): https://arstechnica.co.uk/gadgets/2017/02/venus-computer-chip/

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