Самарские ученые создали космический полигон для испытаний экстремальной электроники

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П.Королёва (вуза-участника национального проекта "Наука и университеты") завершили сборку и провели испытания научной аппаратуры "Карбон-2", предназначенной для экспериментов в открытом космосе на борту орбитальной лаборатории "Бион-М" №2. С помощью этой аппаратуры ученые будут изучать влияние факторов открытого космического пространства на свойства и характеристики прототипов электронных компонентов на основе карбида кремния (SiC) - этот полупроводниковый материал уступает по твердости лишь алмазу и нитриду бора и считается наиболее перспективным для применения в электронике, работающей в экстремальных условиях - при высоких и низких температурах, гравитационных перегрузках и под воздействием радиации.

"Научная аппаратура "Карбон-2" успешно прошла весь цикл запланированных испытаний и готова к установке на борту космического аппарата "Бион-М" №2. Аппаратура представляет собой своего рода электронный испытательный полигон. Он будет располагаться на внешней стороне орбитальной лаборатории, прямо в открытом космосе, и в нем будут закреплены и активированы опытные образцы тонкопленочных приборных структур на основе карбида кремния. Эти образцы во время полета будут подвергаться воздействию различных факторов, в том числе, космической радиации, перепадам температур, магнитным полям, вакууму, а аппаратура будет поддерживать и оценивать работоспособность "подопытных" образцов и измерять их рабочие параметры в зависимости от окружающей обстановки на орбите. Полученные данные помогут в дальнейшем рассчитывать параметры работы будущих полупроводниковых приборов и устройств на основе карбида кремния в условиях космического полета", - рассказала ведущий научный сотрудник НИИ проблем моделирования и управления Самарского университета им.Королёва Любовь Курганская.

Конструкторско-доводочные испытания созданной в университете научной аппаратуры продолжались около полутора месяцев. По словам Любови Курганской, электронный полигон, разработанный для того, чтобы стать ареной космических испытаний, успешно выдержал самые жесткие наземные тесты.

"Испытания были самого различного рода - и на электромагнитную совместимость, и на искровые разряды, на вибрацию и даже на вакуум - аппаратура двое суток проработала в вакуумной камере. Был целый цикл климатических испытаний - на влажность и температуру. Например, в университетской лаборатории криогенной техники научную аппаратуру "Карбон-2" с помощью жидкого азота испытывали холодом при температуре 178 градусов Цельсия ниже нуля", - отметила Любовь Курганская.

Заключительные наземные испытания научной аппаратуры "Карбон-2" в составе собранного космического аппарата "Бион-М" №2 запланированы на январь-март 2024 года.

Об экстремальной электронике

Электронные компоненты космических аппаратов должны выдерживать самые экстремальные условия - широкий диапазон перепадов температуры, сильную космическую радиацию, перегрузки во время запуска, поэтому такую электронику терминологически принято называть экстремальной. В настоящее время наиболее массовым полупроводниковым материалом является кремний, однако по ряду характеристик он значительно уступает карбиду кремнию, 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.

Справочно

"Бион" - серия отечественных космических аппаратов для проведения биологических исследований. С 1973 по 1996 год в космос было выведено 11 спутников данной серии, в космосе побывали несколько десятков видов биообъектов - одноклеточные организмы, растения, насекомые, рыбы, амфибии, черепахи, крысы, обезьяны. В апреле 2013 года был запущен первый модернизированный биологический спутник "Бион-М". В состав "экипажа" вошли мыши, песчанки, гекконы, улитки, ракообразные, рыбы и различные микроорганизмы.

По данным из открытых источников, орбитальную лабораторию "Бион-М" №2 планируется запустить в 2024 году. В космос на месяц должны отправиться мыши, мухи-дрозофилы, грибы, бактерии, клеточные ткани. Основной целью научной программы станет исследование биологического воздействия невесомости и высокого уровня космической радиации на живые организмы на системном, органном, клеточном и молекулярном уровнях.

Фото: Олеся Орина