Jupiterio mėnulio - Europos tyrinėjimas įmanomas naudojant silicio-germanio tranzistorių technologiją

Po 10 kilometrų ledo sluoksniu yra skysto vandens vandenynas, kuriame galėtų egzistuoti gyvybė.

Tačiau dėl -180 laipsnių Celsijaus temperatūros paviršiuje ir itin didelio radiacijos lygio tai taip pat yra viena nedraugiškiausių vietų Saulės sistemoje.

Artimiausiais metais ištirti Europą gali būti įmanoma dėl naujų silicio-germanio tranzistorių technologijos mokslinių tyrimų, atliekamų Džordžijos technikos universitete, taikymo galimybių.

Elektros ir kompiuterių inžinerijos mokyklos (ECE) profesorius Džonas D. Kresleris (John D. Cressler) ir jo studentai jau kelis dešimtmečius dirba su silicio-germanio heterojungties bipoliniais tranzistoriais (SiGe HBT) ir nustatė, kad ekstremaliose aplinkose, tokiose kaip Europa, jie turi unikalių privalumų.

"Dėl to, kaip jie pagaminti, šie prietaisai iš tikrųjų išgyvena tokiomis ekstremaliomis sąlygomis, nekeičiant pačios pagrindinės technologijos", - sakė projekto tyrėjas Cressleris.

"Galite sukurti jį tam, ką norite, kad jis darytų Žemėje, o paskui galėsite naudoti kosmose."

Tyrėjai pirmaisiais trejų metų trukmės dotacijos pagal NASA programą "Vandenynų pasaulio gyvybės aptikimo technologijų koncepcijos" (COLDTech) metais kuria elektronikos infrastruktūrą būsimoms Europos paviršiaus misijoms.

NASA planuoja 2024 m. paleisti orbitoje skriejantį erdvėlaivį "Europa Clipper", kuris sudarys Europos vandenynų žemėlapį, o galiausiai išsiųs nusileidimo aparatą "Europa Lander", kuris išgręš ledą ir ištirs jos vandenyną.

Tačiau viskas prasideda nuo elektronikos, kuri gali veikti ekstremalioje Europos aplinkoje.

J. Cressleris ir jo studentai kartu su NASA Reaktyvinio judėjimo laboratorijos (JPL) ir Tenesio universiteto (UT) mokslininkais liepos mėnesį IEEE Branduolinės ir kosminės spinduliuotės poveikio konferencijoje pristatytame straipsnyje pademonstravo SiGe HBT gebėjimus veikti tokioje nepalankioje aplinkoje.

Europos iššūkis

Kaip ir Žemė, Jupiteris taip pat turi skysto metalo branduolį, kuris sukuria magnetinį lauką, išskiriantį didelės energijos protonų ir elektronų spinduliuotės juostas, kurias sukuria krintantis Saulės vėjas.

Deja, Europa, būdama Jupiterio mėnulis, yra tiesiai tarp šių radiacijos juostų.

Iš esmės bet kokia technologija, sukurta Europos paviršiui, turėtų ne tik atlaikyti žemą temperatūrą, bet ir didžiausią Saulės sistemos spinduliuotę.

Laimei, SiGe HBT idealiai tinka šiai nepalankiai aplinkai.

SiGe HBT įprastiniame bipoliniame tranzistoriuje panaudojamas nanoskalių Si-Ge lydinys, kad būtų galima nanoinžineriniu būdu patobulinti jo savybes ir iš esmės pagaminti daug greitesnį tranzistorių, išlaikant tradicinių silicio tranzistorių ekonomiškumą ir mažą kainą.

 SiGe HBT pasižymi unikalia savybe išlaikyti našumą esant ekstremaliam radiacijos poveikiui, o jų savybės natūraliai pagerėja esant žemesnei temperatūrai.

Dėl tokio unikalaus derinio jie yra idealūs kandidatai Europos tyrimams.

Tranzistorių bandymai

Norėdami atsakyti į šį klausimą, GT tyrėjai naudojo JPL dinamitroną - aparatą, kuris labai žemoje temperatūroje skleidžia didelio srauto elektronus, kad išbandytų SiGe Europos tipo aplinkoje.

Jie veikė SiGe HBT vieno milijono voltų elektronų penkių milijonų radų spinduliuotės dozę (200-400 radų yra mirtini žmonėms), esant 300, 200 ir 115 kelvinų (-160 laipsnių pagal Celsijų) temperatūrai.

Per ateinančius dvejus metus GT ir UT tyrėjai iš SiGe sukurs realias grandines, kurios galėtų būti naudojamos Europoje, pavyzdžiui, radijo imtuvus ir mikrovaldiklius.

Tačiau dar svarbiau, kad šie prietaisai galėtų būti sklandžiai naudojami beveik bet kokioje kosminėje aplinkoje, įskaitant Mėnulį ir Marsą.

"Jei Europa yra pati blogiausia aplinka Saulės sistemoje, o jūs galite sukurti šiuos prietaisus, kad jie veiktų Europoje, tuomet jie veiks bet kur", - sakė Kressleris.

"Šis tyrimas susieja ankstesnius tyrimus, kuriuos mano komanda Džordžijos technikos universitete atliko l