Российские ученые испытают в открытом космосе экстремальную электронику
11.03.2022
Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королёва завершили разработку научной аппаратуры «Карбон-2», предназначенной для проведения в открытом космосе на борту орбитальной лаборатории «Бион-М2» испытаний опытных образцов отечественной космической электроники на основе карбида кремния.
Электронные компоненты космических аппаратов должны выдерживать самые экстремальные условия — широкий диапазон перепадов температуры, космическую радиацию, перегрузки во время запуска — поэтому такую электронику терминологически также принято называть экстремальной. По мнению ученых, карбидокремниевые компоненты по своей надежности и отказоустойчивости будут превосходить выпускаемые в настоящее время мировые аналоги.
«Аппаратура «Карбон-2» позволит исследовать влияние факторов открытого космического пространства на свойства и характеристики опытных образцов тонкопленочных приборных структур на основе карбида кремния. Этот полупроводниковый материал по твердости уступает лишь алмазу и нитриду бора и считается наиболее перспективным для применения в электронике, работающей в экстремальных условиях — при высоких температурах, гравитационных перегрузках и под воздействием радиации. Разработка аппаратуры уже завершена, подготовлена вся конструкторская документация, начаты работы по сборке», — рассказала ведущий научный сотрудник НИИ проблем моделирования и управления Самарского университета им. Королёва Любовь Курганская.
Источник: Самарский университет. Автор фото: Анар Мовсумов
В настоящее время наиболее массовым полупроводниковым материалом является кремний, однако по ряду характеристик он значительно уступает карбиду кремния, особенно если речь идет о силовой электронике или о работе в экстремальных условиях. Например, транзисторы на основе карбида кремния отличаются более высоким быстродействием, меньше нагреваются и выдерживают более высокое напряжение. Последние годы электронные компоненты из карбида кремния активно применяются в электроавтомобилях, в том числе в автомобилях Tesla, позволяя значительно увеличить запас хода машины. В одном из исследовательских центров НАСА был проведен эксперимент: карбидокремниевые микросхемы отправили в печь, и они без сбоев проработали там 1000 часов при температуре 500°C. После этого для микросхем на Земле были воссозданы экстремальные условия атмосферы Венеры, известной своими облаками из серной кислоты, но микросхемы выдержали и это испытание.
«К космической электронике предъявляются самые высокие требования, и наша научная аппаратура «Карбон-2» — это шаг к созданию более надежной отечественной электронной компонентной базы, устойчивой к разрушающему воздействию факторов космического пространства. Предыдущий наш эксперимент, проводившийся на спутнике «Бион-М» с помощью аппаратуры «Карбон» первого поколения, продемонстрировал механическую и химическую устойчивость разработанных нами структур к комплексному воздействию факторов космического полета», — подчеркнула Любовь Курганская.
В аппаратуре «Карбон-2» будут проводиться испытания прототипов приборных структур, включая оценку их работоспособности в условиях открытого космического пространства. Параметры исследуемых структур будут измеряться непосредственно во время полета и фиксироваться в памяти научной аппаратуры. После возвращения космического аппарата на Землю будет проведен анализ полученных данных, который позволит спрогнозировать параметры функционирования новых полупроводниковых приборов в условиях космического полета. Как ожидают ученые, приборы на основе карбидокремниевых пленок могут оказаться на порядок надежнее, точнее и долговечнее своих аналогов, выпускаемых в настоящее время мировой космической промышленностью, и могут найти применение в дальних космических миссиях, например, при полетах на Марс.
«Самарский университет им. Королёва принимает активное участие в программе космических научных экспериментов на борту отечественных орбитальных лабораторий. Так, разработанная в университете научная аппаратура устанавливалась на спутниках «Бион-М» и «Фотон-М» № 4, которые были выведены на орбиту, соответственно, в 2013 и 2014 годах. Университет участвует и в будущей научной программе космического аппарата «Бион-М» №2. Специалисты научно-исследовательского института проблем моделирования и управления Самарского университета в настоящее время завершили разработку научной аппаратуры для второго «Биона-М», ведется ее сборка. С помощью разработанного в институте оборудования планируется провести на орбите порядка десяти технологических и медико-биологических экспериментов, подготовленных различными научными учреждениями нашей страны. Кроме нашего университета, в числе постановщиков экспериментов Институт медико-биологических проблем РАН, Самарский государственный медицинский университет, Самарский НИИ сельского хозяйства имени Н.М. Тулайкова РАН и другие организации. Уникальная научная аппаратура поможет испытать перспективные полупроводниковые материалы для космической электроники, провести эксперименты в области изучения костного мозга, выведения новых высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных культур и создания эффективных лекарств и витаминов для растений», — рассказал проректор Самарского университета им. Королёва Андрей Прокофьев.
Электронные компоненты космических аппаратов должны выдерживать самые экстремальные условия — широкий диапазон перепадов температуры, космическую радиацию, перегрузки во время запуска — поэтому такую электронику терминологически также принято называть экстремальной. По мнению ученых, карбидокремниевые компоненты по своей надежности и отказоустойчивости будут превосходить выпускаемые в настоящее время мировые аналоги.
«Аппаратура «Карбон-2» позволит исследовать влияние факторов открытого космического пространства на свойства и характеристики опытных образцов тонкопленочных приборных структур на основе карбида кремния. Этот полупроводниковый материал по твердости уступает лишь алмазу и нитриду бора и считается наиболее перспективным для применения в электронике, работающей в экстремальных условиях — при высоких температурах, гравитационных перегрузках и под воздействием радиации. Разработка аппаратуры уже завершена, подготовлена вся конструкторская документация, начаты работы по сборке», — рассказала ведущий научный сотрудник НИИ проблем моделирования и управления Самарского университета им. Королёва Любовь Курганская.
Источник: Самарский университет. Автор фото: Анар Мовсумов
В настоящее время наиболее массовым полупроводниковым материалом является кремний, однако по ряду характеристик он значительно уступает карбиду кремния, особенно если речь идет о силовой электронике или о работе в экстремальных условиях. Например, транзисторы на основе карбида кремния отличаются более высоким быстродействием, меньше нагреваются и выдерживают более высокое напряжение. Последние годы электронные компоненты из карбида кремния активно применяются в электроавтомобилях, в том числе в автомобилях Tesla, позволяя значительно увеличить запас хода машины. В одном из исследовательских центров НАСА был проведен эксперимент: карбидокремниевые микросхемы отправили в печь, и они без сбоев проработали там 1000 часов при температуре 500°C. После этого для микросхем на Земле были воссозданы экстремальные условия атмосферы Венеры, известной своими облаками из серной кислоты, но микросхемы выдержали и это испытание.
«К космической электронике предъявляются самые высокие требования, и наша научная аппаратура «Карбон-2» — это шаг к созданию более надежной отечественной электронной компонентной базы, устойчивой к разрушающему воздействию факторов космического пространства. Предыдущий наш эксперимент, проводившийся на спутнике «Бион-М» с помощью аппаратуры «Карбон» первого поколения, продемонстрировал механическую и химическую устойчивость разработанных нами структур к комплексному воздействию факторов космического полета», — подчеркнула Любовь Курганская.
В аппаратуре «Карбон-2» будут проводиться испытания прототипов приборных структур, включая оценку их работоспособности в условиях открытого космического пространства. Параметры исследуемых структур будут измеряться непосредственно во время полета и фиксироваться в памяти научной аппаратуры. После возвращения космического аппарата на Землю будет проведен анализ полученных данных, который позволит спрогнозировать параметры функционирования новых полупроводниковых приборов в условиях космического полета. Как ожидают ученые, приборы на основе карбидокремниевых пленок могут оказаться на порядок надежнее, точнее и долговечнее своих аналогов, выпускаемых в настоящее время мировой космической промышленностью, и могут найти применение в дальних космических миссиях, например, при полетах на Марс.
«Самарский университет им. Королёва принимает активное участие в программе космических научных экспериментов на борту отечественных орбитальных лабораторий. Так, разработанная в университете научная аппаратура устанавливалась на спутниках «Бион-М» и «Фотон-М» № 4, которые были выведены на орбиту, соответственно, в 2013 и 2014 годах. Университет участвует и в будущей научной программе космического аппарата «Бион-М» №2. Специалисты научно-исследовательского института проблем моделирования и управления Самарского университета в настоящее время завершили разработку научной аппаратуры для второго «Биона-М», ведется ее сборка. С помощью разработанного в институте оборудования планируется провести на орбите порядка десяти технологических и медико-биологических экспериментов, подготовленных различными научными учреждениями нашей страны. Кроме нашего университета, в числе постановщиков экспериментов Институт медико-биологических проблем РАН, Самарский государственный медицинский университет, Самарский НИИ сельского хозяйства имени Н.М. Тулайкова РАН и другие организации. Уникальная научная аппаратура поможет испытать перспективные полупроводниковые материалы для космической электроники, провести эксперименты в области изучения костного мозга, выведения новых высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных культур и создания эффективных лекарств и витаминов для растений», — рассказал проректор Самарского университета им. Королёва Андрей Прокофьев.