Så funkar elektronik i rymden hero

Så funkar elektronik i rymden

Forskning i rymden ställer stora krav på tekniken. Strålning och höga temperaturer kan slå ut elektroniken och skapa problem. Svenske professorn i elektronik Carl-Mikael Zetterling berättar om utmaningarna med att bedriva forskning i 500 graders värme.
Venus
Nasa Goddard
Publicerad
2021-06-14
Dela artikel:

Venus kan knappast anses ha gynnsamma förutsättningar för att upprätthålla utomjordiskt liv. Men hösten 2020 upptäckte forskare förekomsten av fosfin i planetens atmosfär, ett ämne som på jorden är resultatet av biologisk aktivitet, vilket skulle kunna betyda att Venus atmosfär innehåller till exempel luftburna bakterier.

Venus har inte alltid bjudit på en ogästvänlig miljö. Forskare tror att planeten kan ha varit mer liknande jorden tidigt i sin utveckling, men man vet fortfarande väldigt lite om hur planeten såg ut som ung.

Nasa hoppas kunna räta ut några av frågetecknen med två kommande expeditioner, DAVINCI+ och VERITAS, som planeras sändas upp mellan 2028 och 2030.

DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging) ska titta på hur Venus atmosfär bildades och utvecklades, samt på vilka sätt och varför den skiljer sig från atmosfären på jorden och Mars.

En sond med en rad känsliga instrument ska sänkas ned i atmosfären, där den tar luftprover och gör mätningar medan den faller och sedan återvänder till rymdfarkosten som befinner sig i omloppsbana.

Sonden är även utrustad med en spektrometer som mäter massan hos olika molekyler i proverna, vilket gör att forskarna kan upptäcka förekomsten av exempelvis ädelgaser.

Det hela dokumenteras av en kamera som tar kontrastrika bilder.

VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) ska studera Venus yta för att undersöka planetens geologiska historia och därmed få svar på varför den utvecklades så annorlunda jämfört med jorden, samt eventuell förekomst av vulkaner.

Att bedriva forskning i rymden är emellertid dyrt och Venus är inget undantag. De extrema förhållanden som råder på planeten ställer stora krav på elektroniken i de farkoster som skickas dit.

Den första lyckade expeditionen till Venus skedde 1970, när Venera 7 landade på planeten. Sonden sände bland annat tillbaka data om att Venus yttemperatur låg på 475 grader.

Därefter följde flera lyckosamma uppdrag, bland annat Venera 9 som skickade tillbaka de första bilderna tagna av Venus yta.

Den traditionella kiselelektroniken ombord på dessa farkoster fungerade dock inte länge, på grund av de höga temperaturerna, enligt Carl-Mikael Zetterling, professor i fasta tillståndets elektronik på KTH som bland annat arbetar med projektet Working on Venus https://www.workingonvenus.se

– De hade mycket värmeisolering och värmesköldar, men höll bara i runt två timmar innan de blev överhettade och slutade fungera. När kiselelektronik blir över 200 grader så genereras laddningsbärare, som orsakar kortslutning, säger Carl-Mikael Zetterling.

Utvecklingen går som bekant framåt och idag används i stället kiselkarbid, en halvledare med högre bandgap som tål upp till 800–1000 grader.

Tekniken gör även att en framtida landare på Venus skulle bli betydligt lättare än den gamla Venera-serien.

– De vägde närmare ett ton, bland annat på grund av sina värmesköldar och någon slags kylning. Med karbidelektronik skulle man komma under 100 kilo, vilket så klart blir mycket billigare, säger Carl-Mikael Zetterling.

Rymdforskning handlar till stor del om vikt. DAVINCI+ och VERITAS är exempelvis inte ett sample return-uppdrag, där de tagna proverna skickas tillbaka till jorden för analys. Den görs i stället på plats. Ett sample return-uppdrag skulle kräva att en extra raket sänds upp med expeditionen, vilket i praktiken fördubblar kostnaden för uppdraget.

Nasa har ännu inte meddelat huruvida en landare kommer att ingå i DAVINCI+ och VERITAS, men Carl-Mikael Zetterling håller det inte för omöjligt.

– Om man nu skickar något ända till Venus så borde man skicka med en landare också, kan jag tycka. Men det kanske ingår i deras planer, Nasa forskar ju en del på kiselkarbid i höga temperaturer så det är inte osannolikt, säger han.

Även strålning påverkar elektroniken. Livslängden på en satellit bestäms till stor del av hur den utsätts för strålning. När exempelvis gammastrålning når elektroniken bildas laddningar som kan göra att en etta i stället blir en nolla, eller vice versa, vilket kan göra att mjukvaran ombord slutar fungera.

– Det blir ungefär som när du får en blå skärm på en dator, allt hänger sig. Startar man om så fungerar det igen. Men om elektroniken är ute i rymden så är det inte så lätt att starta om. Kiselkarbidtekniken tål strålning ganska bra, men till slut kommer strålningen att förstöra elektroniken, säger Carl-Mikael Zetterling, som just nu arbetar med två projekt som finansieras av Rymdstyrelsen. Det ena handlar om strålningstålighet för kiselkarbid i Rymden, och det andra om att bygga kiselkarbidelektronik för små satelliter.

Rymdbloggen