Самарские ученые создали космический полигон для испытаний экстремальной электроники

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева (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 имени Королева 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.

В вузе поясняют, что 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 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.