بررسی قمر مشتری اروپا برای یافتن حیات فرازمینی اکنون امکان پذیر است

اروپا بیش از یکی از قمرهای مشتری است. همچنین یکی از امیدوار کننده ترین مکان ها در منظومه شمسی برای جستجوی حیات فرازمینی است. یک اقیانوس آب مایع در زیر 10 کیلومتر یخ وجود دارد که می تواند حیات را پشتیبانی کند. با این حال، با دمای سطحی 180- درجه سانتیگراد و سطح تشعشعات شدید، یکی از ناپذیرترین مکانها در منظومه شمسی است. مطالعه اروپا ممکن است در سال های آینده در نتیجه تحقیقات Georgia Tech در فناوری ترانزیستور سیلیکون-ژرمانیوم امکان پذیر باشد.

پروفسور John D. Kressler از دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر Regents (ECE) و شاگردانش چندین دهه است که با ترانزیستورهای دوقطبی ناهمگون سیلیکون-ژرمانیوم (SiGe HBT) کار می کنند و کشف کرده اند که این ترانزیستورها دارای مزایای منحصر به فردی در محیط های شدید مانند به عنوان مثال، اروپا

کرسلر، محقق این پروژه، می‌گوید: «به دلیل نحوه ساخت، این دستگاه‌ها در واقع بدون ایجاد تغییراتی در خود فناوری، از این شرایط شدید جان سالم به در می‌برند. شما می توانید آن را برای آنچه می خواهید روی زمین انجام دهد بسازید و سپس می توانید از آن در فضا استفاده کنید.

دانشمندان در اولین سال کمک مالی سه ساله ناسا برای فناوری تشخیص حیات جهان‌های اقیانوسی (COLDTech) برای طراحی زیرساخت‌های الکترونیکی برای مأموریت‌های آینده به سطح اروپا هستند. ناسا قصد دارد در سال 2024 فضاپیمای اروپا Clipper را به فضا پرتاب کند که اقیانوس‌های اروپا را نقشه‌برداری می‌کند و سپس کاوشگر اروپا لندر را برای شکستن یخ‌ها و بررسی اقیانوس ارسال می‌کند. اما همه چیز با وسایل الکترونیکی شروع می شود که می توانند در محیط سخت اروپا کار کنند.

کرسلر و دانشجویانش به همراه محققان آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) و دانشگاه تنسی (UT) در مقاله ای در کنفرانس اثرات پرتوهای هسته ای و فضایی IEEE در ماه ژوئیه، توانایی های SiGe HBT را برای این محیط متخاصم نشان دادند. جهان

چالش اروپا

مشتری، مانند زمین، دارای یک هسته فلزی مایع است که میدان مغناطیسی ایجاد می کند که منجر به ایجاد کمربندهای تابشی از پروتون ها و الکترون های پرانرژی از باد خورشیدی می شود. متأسفانه اروپا به عنوان قمر مشتری مستقیماً در مسیر این کمربندهای تابشی قرار دارد. در واقع، هر فناوری طراحی شده برای سطح اروپا باید بتواند نه تنها در برابر دماهای سرد، بلکه در برابر بدترین تشعشعات منظومه شمسی مقاومت کند.

SiGe HBT ها، خوشبختانه، برای این محیط خشن ایده آل هستند. SiGe HBT یک آلیاژ Si-Ge در مقیاس نانو را در داخل یک ترانزیستور دوقطبی استاندارد تعبیه می کند تا خواص آن را مهندسی نانو کند، که در نتیجه ترانزیستور بسیار سریعتر و در عین حال صرفه جویی در مقیاس و هزینه پایین ترانزیستورهای سیلیکونی سنتی را حفظ می کند. SiGe HBTها توانایی منحصر به فردی برای حفظ عملکرد حتی زمانی که در معرض سطوح تابش زیاد قرار می گیرند، دارند و خواص آنها به طور طبیعی در دماهای پایین تر بهبود می یابد. به دلیل این ترکیب منحصر به فرد، آنها کاندیدای ایده آل برای کاوش در اروپا هستند.

کرسلر گفت: «این فقط انجام علوم پایه و اثبات کارکرد SiGe نیست. این در واقع در حال توسعه وسایل الکترونیکی برای ناسا برای استفاده در اروپا است. ما می دانیم که SiGe می تواند سطوح بالایی از تشعشعات را تحمل کند. و ما می دانیم که در دماهای پایین کارایی خود را حفظ می کند. چیزی که ما نمی‌دانستیم این بود که آیا می‌تواند هر دو را همزمان انجام دهد، که برای مأموریت‌ها به سطح اروپا ضروری است.

تست ترانزیستورها

محققان GT از Dynamitron JPL، ماشینی که الکترون های با شار بالا را در دماهای بسیار سرد شلیک می کند، برای آزمایش SiGe در محیط های مشابه اروپا استفاده کردند. در 300، 200 و 115 کلوین، SiGe HBT را در معرض یک میلیون الکترون ولت و دوز تشعشعی پنج میلیون راد (200-400 راد برای انسان کشنده است) (-160 سانتیگراد) قرار دادند.

کرسلر گفت: «کاری که هرگز انجام نشده بود، استفاده از وسایل الکترونیکی بود که در این آزمایش انجام دادیم. “بنابراین ما به معنای واقعی کلمه برای سال اول کار کرده ایم تا نتایجی را که در این مقاله آمده است به دست آوریم، که اساساً گواه قطعی این است که آنچه ما می گوییم واقعاً درست است – اینکه SiGe از شرایط موجود در سطح اروپا جان سالم به در می برد.”

محققان GT و UT دو سال آینده را صرف توسعه مدارهای SiGe واقعی خواهند کرد که می تواند در اروپا استفاده شود، مانند رادیوها و میکروکنترلرها. مهمتر از آن، این دستگاه ها را می توان تقریباً در هر محیط فضایی از جمله مریخ و ماه استفاده کرد.

کرسلر گفت: “اگر اروپا بدترین محیط در منظومه شمسی است و شما می توانید آنها را مجبور کنید روی اروپا کار کنند، آنها در همه جا کار خواهند کرد.” “این تحقیق تحقیقات گذشته را که تیم من اینجا در Georgia Tech برای مدت طولانی انجام داده است گرد هم می آورد و کاربردهای واقعا جالب و جدید این فناوری ها را نشان می دهد. ما مفتخریم که از تحقیقات خود برای ایجاد زمینه های نوآورانه جدید و در نتیجه فعال کردن برنامه های کاربردی جدید استفاده می کنیم.”