High Temperature Electronics

[Paolo Ulivi]

Hallo everyone
is there anybody who can send me a scan of the article KA>:>B5=8:0 - :;NG : B09=0< 5=5@K? from the latest issue of NK?
thanks
Paolo

[Shin]

[Shin]

Only text:

---------------------

Высокотемпературная электроника - ключ к тайнам Венеры?

И.Черный. «Новости космонавтики»

11 сентября научные специалисты Исследовательского центра имени Гленна NASA сообщили об успешных испытаниях нового высокотемпературного радиоэлектронного чипа с увеличенным ресурсом. В прошлом кристаллы с интегральными микросхемами не могли выдерживать высокие температуры больше нескольких часов.
Новый чип на кристалле карбида кремния с дифференциальным усилителем, рассчитанный на функционирование в «горячих средах», непрерывно проработал более 1700 часов при температуре +500°С. Интегральная схема со столь длительным ресурсом рассчитана на экстремальные условия, например непосредственно вблизи горячего тракта авиационных газотурбинных двигателей или на поверхности планет типа Венеры. В настоящее время проект реализуется в рамках программы «Авиационная безопасность и фундаментальные исследования в аэронавтике» (Aviation Safety and Fundamental Aeronautics), осуществляемой Директоратом авиационных исследований NASA.
Работы по обеспечению необходимого температурного режима аппаратов, длительно работающих на поверхности Венеры, где температура окружающей среды составляет 450–500°С, ведутся и в России, в НПО имени С.А.Лавочкина, в рамках проекта «Венера-Д». Некоторые оптико-механические системы могут работать в таких жутких условиях, но температура окружающей среды сильно превышает максимальное рабочее значение, приемлемое для существующих электронных схем на основе кремния. Поэтому основным вопросом при проектировании долгоживущей венерианской станции в России считается не создание аппаратуры, способной работать при таких температурах, а выбор и разработка конструкции системы обеспечения теплового режима (СОТР) посадочного аппарата.
Спускаемые аппараты (СА) американской станции Pioneer Venus Multiprobe использовали пассивную СОТР на основе теплоизоляции, покрывающей герметичные емкости отсеков, наполненных инертным газом с малой теплопроводностью. Эти СА работали при спуске в атмосфере 9 декабря 1978 г., а один из них сумел достичь «живым» поверхности планеты, хотя по проекту не был на это рассчитан.
Американская фирма Malin Space Science Systems в свое время разработала проект долгоживущей венерианской станции, предназначенной для сейсмологических исследований на поверхности планеты с расчетным сроком существования около одного года. Проект под названием Venus Geophysical Network Pathfinder (VGNP) был предложен на конкурс малых АМС класса Discovery с запуском в июне 1999 г., однако был отклонен NASA из-за превышения общей стоимости.
СА отечественных станций серии «Венера», запущенных ранее, использовали как пассивные средства СОТР, так и активные (материал с изменяемым фазовым состоянием), что позволило работать не только при спуске в атмосфере, но и более двух часов на поверхности.
Для выполнения планируемых экспериментов по сейсмологии КА «Венера-Д» должен быть жизнеспособным в течение времени, которое по крайней мере на два-три порядка превышает уже достигнутое. Для этого необходима либо абсолютно пассивная конструкция СОТР, либо та, которая использует необратимый фазовый переход. Система охлаждения потребует значительных ресурсов, таких как энергопотребление и масса, и, кроме того, имеет низкую надежность.
Некоторые специалисты считают единственно возможным решением для температур до +500°С применение электроники на основе карбида кремния без охлаждения. Использование микросхем такого типа позволит существенно упростить СОТР долгоживущих аппаратов и снизить их массу.
Исследования по подобным приборам ведутся не только в США, но и в России, где существуют образцы необходимых диодов, транзисторов и т.п. Изготовление активных высокотемпературных датчиков температуры, давления, вибрации и т.д. с использованием SiC-транзисторов и пьезорезонаторов, например на ортофосфате галлия, также представляется выполнимым. Срок жизни подобной радиоэлектроники в естественных условиях поверхности Венеры может составить месяц и более.
Разработка станции «Венера-Д» для исследования Венеры ведется в НПО имени С.А.Лавочкина в соответствии с Федеральной космической программой на 2005–2015 гг. Запуск КА ракетой «Союз-2-1Б» намечался на 2015 г.
Проектная масса станции – в пределах 1.5 т, а масса СА (десантного модуля), оснащенного научной аппаратурой, составляет около 1 т. Перелетный аппарат (орбитальный модуль) планировалось создать на основе разгонного блока «Фрегат».
Однако, как стало недавно известно, российская миссия «Венера-Д» может быть совмещена с европейской программой исследования Венеры European Venus Explorer (EVE). Этот проект был представлен ЕКА и успешно прошел первый этап отбора. В задачи совместного российско-европейского проекта входит комплексное исследование атмосферы облаков и взаимодействия атмосферы с поверхностью. Собранные зондом данные помогут ученым больше узнать об эволюции Венеры и ее климата и сопоставить эти процессы с аналогичными процессами на Земле и на других планетах.
Совместный проект предполагает, что КА будет запущен в 2016–2018 гг. с помощью РН «Союз-ST» с европейского космодрома Куру во Французской Гвиане. В состав полезной нагрузки аппарата должны войти европейский орбитальный модуль, созданный на базе межпланетной станции Venus Express, новый российский посадочный аппарат, который, возможно, будет содержать долгоживущий элемент с научной аппаратурой. На КА предполагается установить небольшие зонды для исследований в атмосфере планеты.
Российская сторона также представила для проекта систему входа и спуска в атмосферу для СА и аэростата. Поскольку миссия будет совместной, на всех ее сегментах будет происходить обмен местами для размещения научной аппаратуры. В состав проекта также может быть включен японский низколетающий аэростат. В отличие от аналогичного европейского зонда, он будет работать в подоблачной зоне на высоте около 35 км, где атмосфера имеет высокую температуру и давление также весьма велико.
Для ЕКА участие в проекте, несомненно, принесет определенную и, кажется, немалую пользу. Ведь Европа, в отличие от СССР и США, никогда не «спускалась» на поверхность Венеры. Объединение усилий России и Европы в совместном проекте EVE позволит, как считают в Роскосмосе, провести одновременные исследования при помощи десантного модуля и аэростатического баллона, получить новые данные об атмосфере и поверхности, а также детально изучить облачный слой. Считается, что научные приборы нового поколения позволят достичь прорыва в понимании венерианской системы «поверхность-атмосфера» и лучше понять эволюцию планеты.
Кроме того, предполагается, что совместный проект Роскосмос – ЕКА позволит повысить уровень исследований при сокращении расходов сторон.
Российский вклад в программу EVE:
v равное участие в стоимости запуска («Союз-ST/Фрегат» с запуском из Куру);
v создание спускаемого аппарата;
v разработка и изготовление системы входа и торможения для аэростатного зонда (на коммерческой основе).
Европейские лаборатории участвуют в создании приборов СА, а российские организации – в создании приборов европейских аэростатного зонда и орбитального модуля.
А теперь – внимание! Согласно проекту, российский СА будет иметь полную массу при входе в атмосферу Венеры 170 кг и массу научной аппаратуры 25 кг. Время спуска в атмосфере около 65 мин, а время жизни на поверхности 15–30 мин. Вопрос: где же здесь долгоживущая станция? Вероятно, улетела с европейским или японским аэростатным зондом...
С точки зрения ряда экспертов, решение о слиянии двух программ – российской и европейской – иначе как странным назвать нельзя. Мало того, что сроки миссии сдвигаются «вправо» на 1–3 года, так еще и Россия от такого «сотрудничества» ничего не выигрывает в технологическом плане. Что может предложить нам Европа, не имеющая никакого реального опыта спусков автоматических КА в атмосфере Венеры и работы на ее поверхности? Ничего. К тому же сомнительно, что ЕКА поделится с Россией последними технологическими достижениями. Сокращение затрат? Но, позвольте, не так давно глава Роскосмоса А.Н.Перминов называл миссию «Венера-Д» «самым скромным вариантом». Неужели у России нет денег даже на реализацию «скромных» проектов? И это при многомиллиардных (в долларовом исчислении, конечно) нефтегазовых доходах? Что-то с трудом верится...
А вообще жаль «Венеру-Д», которая еще недавно была хоть и «скромной», но самостоятельной российской научной программой, одной из немногих, кстати. Но, похоже, космическая наука новой России ни к чему.

По материалам пресс-релиза NASA и сообщениям НПО имени С.А.Лавочкина, РИА «Новости», «Компьюленты», «Жукинформ»

[Salo]

Спасибо, Shin.
 :cry:  Венеру Д жалко!

[KrMolot]

ЕМНИП, в Белоруссии разрабатывалось нечто подобное. Но вот подробности уже вряд ли вспомню...

[Paolo Ulivi]

Thank you Shin!

[Salo]

Здесь http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/223/45.shtml

И здесь    http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=2384&start=0&postdays=0&postorder=asc&highlight=

[pkl]

Only text:

---------------------

Высокотемпературная электроника - ключ к тайнам Венеры?

Вообще ничего понять не могу... :? Экономия? Лоббирование?

Одно обнадёживает - решение, судя по всему, окончательно ещё не принято.

[pkl]

От прочитанного в прострации :shock:  :shock:  :shock:  :shock:
Так надеялся :cry:

[DYF]

От прочитанного в прострации :shock:  :shock:  :shock:  :shock:
Так надеялся :cry:

Не расстраивайтесь, амерсы слетают и картинки красивые покажут. И будет новая ветка на форуме и обсуждения и ВАДИМ будет утвержать что все это Голивуд. Все еще будет, не расстраивайтесь

[Дмитрий Виницкий]

Ничего себе - скромная "Венера Д"! Нет, она - нескромная. захватывающая, конечно, перспетива, но может, совместная программа приведёт к куда более реальному результату. А то сколько бы эту Д делали бы? Фобос-грунт и Луна-Глоб наводят на некоторые сомнения.

[DYF]

совместная программа приведёт к куда более реальному результату.

вот-вот... Я лично не верю ни в какой серьезный российский научный проект ни в одной области. Кооперация дает надежду.
И дело не в деньгах.

[ratte07]

Какой смысл в новой Венере-7?

[fagot]

Я вот думаю, а почему бы не сделать что-нибудь типа венерианского Гюйгенса, со съемкой на снижении и орбитальным ретранслятором. Глобальная радарная карта уже есть, детальные панорамы тоже, а снимков относительно больших площадей в видимом диапазоне нет, можно было бы отснять наиболее интересные районы. Такой аппарат будет проще долгоживущих станций и сделать его можно достаточно быстро.

[Дем]

Я вот думаю, а почему бы не сделать что-нибудь типа венерианского Гюйгенса, со съемкой на снижении и орбитальным ретранслятором. Глобальная радарная карта уже есть, детальные панорамы тоже, а снимков относительно больших площадей в видимом диапазоне нет, можно было бы отснять наиболее интересные районы. Такой аппарат будет проще долгоживущих станций и сделать его можно достаточно быстро.

А облака? Вообще, если фотоаппарат подвесить на аэростате под облаками - можно много интересного наснимать...

[fagot]

А облака? Вообще, если фотоаппарат подвесить на аэростате под облаками - можно много интересного наснимать...

Снимать конечно под облаками, можно и сами облака попытаться, хотя кислота там, иллюминатор может загрязнить. Аэростат не обязателен, парашют легче и проще, к тому же при температуре больше ста градусов долго не пролетать. Такой проект не слишком сложен и его можно осуществить без всяких коопераций, главное не ставить слишком много задач за раз.

[pkl]

Высокотемпературная электроника позволит передавать данные прямо из жерла вулкана

ВЫЖИТЬ В ЛЮБЫХ УСЛОВИЯХ Как в МИЭТ делают микросхемы для космоса, бурения скважин и двигателей самолетов

[Алихан Исмаилов]

И когда всё это появиться. Очень давно я видел репортаж об искусственных  алмазах. Между делом там говорилось, что они могут создать ядерную батарейку со сроком службы до 100 лет. Что то я в продаже таких до сих пор не встречал.

[Кубик]

Никто и не обещал ядерные батарейки к продаже в магазинах, они давно есть - менее долговечные, их тоже не продают..А вот старые добрые "лампы" могут работать и при 600, и чуток больше, конечно, не в виде "пузыря"   

[pkl]

В смысле? Без баллона, что-ли?

[Кубик]

Разумеется, с вакуумной полостью, но почти плоские, по технологии ближе к микросхемам. Разработки ещё в 60-х имелись, и теперь вспоминают при нужде.

[Alex_II]

Кубик пишет:
Разумеется, с вакуумной полостью, но почти плоские, по технологии ближе к микросхемам.

Это какое-то развитие дизайна микро-ламп что ли?

[Кубик]

Вы уж про нувисторы не помните, но я не о них даже - делали работоспособные структуры в планарном исполнении, и с холодным, и даже с горячим катодом - технология в основном выжила в "плазме" - (экраны), микроканальных усилителях, а  высокотемпературную электронику, гоняясь за твердотельными, как-то забыли..

[Alex_II]

Кубик пишет:
авысокотемпературную электронику, гоняясь за твердотельными, как-то забыли..

Необходимости особой не было... А жаль, что забыли - для Венеры-то пригодится, да и вулканологи те же не откажутся... В геофизике кстати применялись для приборов работающих в "горячих" скважинах - выше 200 градусов. Редкое и жутко дорогое оборудование, я его и видел-то пару раз всего...

[pkl]

Ламповые микросхемы? Думаю, сейчас это уже не актуально, если, судя по ссылке выше, у нас карбидом кремния занимаются и алмазными плёнками, а те 500 градусов держат в первом случае и 1000 - во втором.

[Alex_II]

pkl пишет:
Думаю, сейчас это уже не актуально

Вполне может быть актуальным - на свете ведь не только Венера существует... Лампы лучше выдерживают экстремальные условия... В том числе - высокую радиацию.

[pkl]

Карбид кремния тоже хорошо держит радиацию. Вроде как.

[Alex_II]

pkl пишет:
Карбид кремния тоже хорошо держит радиацию. Вроде как.

Странно - почему-то военная электроника, которая должна работать при высокой ионизации до сих пор использует лампы, а не карбид кремния...

[pkl]

Вся? Что-то сомневаюсь. Просто не могу себе представить, допустим, БЦВМ МБР на радиолампах. :oops:

[Alex_II]

pkl пишет:
Вся? Что-то сомневаюсь. Просто не могу себе представить, допустим, БЦВМ МБР на радиолампах.  :oops:

А она разве должна работать в условиях высокой ионизации какое-то значимое время?

[Кубик]

Всё, как говорится, хорошо в меру..Когда у нас в аппаратуре была электромеханика для решения задач, представитель ВП никак не мог понять, что предложение замены громоздкой релейной логики на интегральную ничем не ослабит надёжность, ибо усилители электромашинных сигналов были на транзисторах и сдохли бы от радиации раньше логики..впрочем, как и экипаж..

[Alex_II]

Кубик пишет:
усилители электромашинных сигналов были на транзисторах и сдохли бы от радиации раньше логики..впрочем, как и экипаж..

Прикольно... А в самом деле - какой тогда в этих усилителях смысл, если они помрут раньше основного железа?
Сколько килограмм-то собирались с изделия скинуть путем замены на микросхемы?

[Кубик]

Ну, сейчас не помню стандартного шкафа , - два ? метра высоты и вписывался в люки Ф 600мм - один из двух-трёх можно было сэкономить, избавившись от логики на реле по объёму, чистый их вес - около сотни РЭС-8 х 110г, плюс жгуты проводки....., но шкафчик-то тяжелее...

[Alex_II]

Кубик пишет:
чистый их вес - около сотни РЭС-8 х 110г, плюс жгуты проводки....., но шкафчик-то тяжелее...

Я представляю... У меня в армии было дивное изделие такого плана - телеграфная ЗАС-аппаратура Т-206... 150 кило живого веса в двух блоках (причем блок питания весил всего 50)...

[Lunatik-k]

Многие современные кремниевые полупроводники ограничены температурой кристалла 150 °С.
Сам кремний 250 °С и значительно больше выдержит.
Это температурное (150°С)ограничение легко преодолевается путем замены оловянного припоя на более высокотемпературный.

Все дело в технологиях и стоимости производства.

[Кубик]

Ограничения не связаны с припоем - внутренние соединения ИС - не пайка, а вот работа p-n переходов сильно зависит от температуры.

[Lunatik-k]

Для многих мощных дискретных полупроводников именно плавление припоя является ограничением.

[Lunatik-k]

Кубику >относительно микросхем там тоже связано с отводом внутреннего(не внешнего) тепла.
При плохом теплоотводе !!!локальные!!! температуры могут превышать сотни °С.
Если эти процессоры выполнять более громоздкими с более распределенной температурой то они
смогут работать при более высоких внешних температурах.

[KBOB]

НАСА уже фото-матрицу из SiC заказало.
https://news.uark.edu/articles/34630/u-of-a-affiliated-technology-firm-to-build-uv-imager-on-a-chip-for-nasa

[pkl]

Alex_II пишет:

pkl пишет:
Вся? Что-то сомневаюсь. Просто не могу себе представить, допустим, БЦВМ МБР на радиолампах.  :oops:  

А она разве должна работать в условиях высокой ионизации какое-то значимое время?

А старт в условиях начавшегося ядерного нападения?

[Alex_II]

pkl пишет:
А старт в условиях начавшегося ядерного нападения?

И сколько МБР в зараженной зоне остается? Секунд 30?

[pkl]

Не важно, сколько останется. Важно, чтобы всё сработало.

[pkl]

Интересные новости:
Первые «ламповые микросхемы» выходят на рынок

22.09.2016 [08:11], Алексей Степин

Вакуумная электроника переживает не лучшие дни: во всех областях она практически уступила место полупроводниковой, и даже симпатичные вакуумно-люминесцентные индикаторы повсюду заменяются жидкокристаллическими или OLED-панелями. Но последнего слова эта отрасль электроники ещё не сказала; более того, она понемногу продолжает развиваться, поскольку обладает рядом свойств, достижение которых невозможно или затруднено при использовании полупроводниковых технологий. На то, как могут выглядеть вакуумно-электронные устройства в наше время, проливает свет компания Korg, известный производитель электронных музыкальных инструментов.

Габариты корпуса Nutube 6P1 составляют 45 × 16 мм

О разработке вакуумных электронных приборов в форм-факторе обычных микросхем, использующих упаковку DIP, сообщалось ранее (прототипы датируются 2015 годом), но именно сейчас Korg объявила о начале продаж первого коммерческого продукта, созданного с использованием такой технологии. Речь идёт о лампе Nutube 6P1, продажи которой должны начаться 23 сентября по цене 5400 японских иен за корпус (около $53). Довольно дорого, учитывая простую схемотехнику устройства, но вполне обоснованно, если вспомнить, что речь идёт об уникальном чипе, сочетающем в себе лучшие черты вакуумной и полупроводниковой технологий. К примеру, срок службы у новинки составляет 30 тысяч часов, что для обычных радиоламп практически немыслимо.

Схема Nutube 6P1

Если бы Nutube 6P1 не имела окошка в верхней части корпуса, никто и никогда не принял бы этот чип за лампу, но тем не менее, это именно полноценная электронная лампа, выполненная по технологии VFD, а значит, не требующая использования высоких анодных напряжений — достаточно 10 вольт. Схемотехнически это двойной триод с катодом прямого накала и коэффициентом усиления 12, предназначенный для использования в музыкальных инструментах, ламповых усилителях и иных подобных устройствах, требующих характерной «ламповой» окраски звука. Производиться устройство будет японской компанией Noritake, специализирующейся на выпуске VFD-индикаторов. Ждём появления новых, более сложных электровакуумных чипов.

Ну что, какие мнения, годится такая технология для венерианских и юпитерианских АМС?

[Кубик]

Можно ожидать высокой устойчивости к радиации, но это всё же аналоговый по назначению прибор - "ламповые" микросхемы логики предлагались и покомпактнее давно, а для Венеры придётся ещё и обыграть температуры -можно использовать нагрев хорошо эмиттирующих электродов за счёт внешней среды..

[Chilik]

pkl пишет:  

... Схемотехнически это двойной триод с катодом прямого накала и коэффициентом усиления 12, предназначенный для использования в музыкальных инструментах, ламповых усилителях и иных подобных устройствах, требующих характерной «ламповой» окраски звука. ...

Ну что, какие мнения, годится такая технология для венерианских и юпитерианских АМС?

По цитированному кусочку есть одно недоумение: я не понимаю, как можно использовать катод прямого накала (тем более сдвоенный) для Hi-end звука. Это место должно генерировать нелинейности и кросс-токинг. Разве что они сделают питание накала от линейного источника с очень чистым напряжением. Но это - убиться можно для Hi-end, проще косвенный накал в лампе сделать.

Что касается мнений, то здесь те же самые вопросы к технологиям, то есть дорожки, соединения, изоляция, герметизация корпуса. Плюс и лампы тоже страдают от роста температуры, темновые токи растут. Но тут уже смотреть конкретно изделие надо.