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, сильную космическую радиацию, перегрузки во время запуска, поэтому такую электронику терминологически даже 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.
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.
«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 надежней, точнее и долговечней своих аналогов, выпускаемых в настоящее время мировой космической промышленностью, и могут найти применение в дальних космических миссиях, например, при полетах на Марс.
Справочно
По данным из открытых источников, спутник «Бион-М2» планируется запустить в 2023-2024 гг. В космос на месяц отправятся мыши, мухи-дрозофилы, грибы, бактерии, клеточные ткани. Полет будет проходить на орбите высотой около 800 км, что почти в два раза выше орбиты Международной космической станции. Уровень космической радиации на этой высоте примерно в десять раз выше, чем на орбите первого «Биона-М».
Основной целью научной программы в проекте «Бион-М2» является исследование биологического воздействия невесомости и высокого уровня космической радиации на живые организмы на системном, органном, клеточном и молекулярном уровнях. Головная роль в формировании и реализации научной программы принадлежит Институту медико-биологических проблем РАН.
«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.
