Electrónica capaz de funcionar expuesta al ambiente de una luna de Júpiter

Europa es algo más que una de las muchas lunas de Júpiter: es también uno de los lugares más prometedores del sistema solar para buscar vida extraterrestre. Bajo 10 kilómetros de hielo (en el tramo más delgado) hay un océano de agua líquida que podría sustentar la vida. Pero con temperaturas superficiales de 180 grados centígrados bajo cero y con niveles extremos de radiación debido su recorrido orbital por los cinturones de radiación de Júpiter, es también uno de los lugares más dañinos del sistema solar para los dispositivos electrónicos. Pese a esto último, la exploración de Europa será posible en los próximos años gracias a nuevas aplicaciones de la tecnología de transistores de silicio-germanio que se investiga en el Instituto Tecnológico de Georgia (Georgia Tech) en Estados Unidos.

El equipo de John D. Cressler lleva muchos años trabajando con transistores bipolares de heterounión de silicio-germanio y ha descubierto que tienen ventajas sobresalientes en entornos extremos como Europa.

"Debido a la forma en que están fabricados, estos dispositivos realmente sobreviven a esas condiciones extremas sin que se necesite hacer cambios en la propia tecnología subyacente", subraya Cressler.

Los investigadores se encuentran en el primer año de un periodo de tres años subvencionado por la NASA en el marco del programa COLDTech (Concepts for Ocean Worlds Life Detection Technology), orientado a diseñar la infraestructura electrónica para las próximas misiones a la superficie de Europa. La NASA tiene previsto lanzar la sonda espacial Europa Clipper a finales de 2024. Esta nave espacial entrará en órbita a Júpiter y cartografiará a fondo Europa. También enviará un vehículo de aterrizaje, el Europa Lander, para perforar el hielo hasta acceder a su océano y explorarlo. Pero nada de todo esto será posible sin una electrónica que pueda funcionar en el ambiente extremo de Europa.

Ingenieros de la NASA trabajando en una de las partes de la sonda espacial Europa Clipper, concretamente la destinada a propulsión. (Foto: NASA GSFC / Denny Henry)

Al igual que la Tierra, Júpiter también tiene un núcleo de metal líquido que genera un campo magnético (unas 20.000 veces más fuerte que el de la Tierra) y produce cinturones de radiación donde se concentran protones y electrones de alta energía procedentes del viento solar.

Desgraciadamente, la órbita de esta luna de Júpiter la lleva a pasar directamente por esos cinturones de radiación. Debido a ello, cualquier tecnología diseñada para la superficie de Europa no solo tendría que ser capaz de sobrevivir a las frías temperaturas, sino también a la fuerte lluvia de partículas de alta energía.

Afortunadamente, los transistores bipolares de heterounión de silicio-germanio son ideales para este entorno hostil. Los transistores de este tipo tienen una extraordinaria capacidad para seguir funcionando bajo la exposición a la radiación extrema, y sus propiedades incluso mejoran a temperaturas más frías. Esta combinación única los convierte en candidatos ideales para la exploración de Europa.

No se trata solo de hacer ciencia básica y demostrar que el silicio-germanio funciona, sino que también hay que aplicarlo a la práctica. Por eso, el equipo de Cressler ya está desarrollando electrónica para que la NASA la utilice en Europa.

De entre las pruebas realizadas hasta ahora por el equipo de Cressler, destaca una tanda de experimentos en los que se utilizó el Dynamitron del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, una máquina que dispara un denso flujo de electrones a temperaturas muy bajas para probar el silicio-germanio en un ambiente como el de Europa. Los investigadores expusieron transistores bipolares de heterounión de silicio-germanio a un millón de electronvoltios, con una dosis de radiación de 5 millones de rads (entre 200 y 400 rads es letal para los humanos), a temperaturas tan frías como las que reinan en esa luna de Júpiter.

Los buenos resultados de esos experimentos son en esencia la prueba definitiva de que esta clase de electrónica de silicio-germanio sí sobrevive a las condiciones de la superficie de Europa.

En los próximos dos años, los investigadores desarrollarán circuitos de silicio-germanio para ser usados en Europa. Igual de importante resulta el hecho de que estos dispositivos podrían utilizarse sin problemas en casi cualquier otro entorno espacial, incluidos la Luna y Marte. Teniendo en cuenta lo muy hostil que es Europa para la electrónica, los dispositivos electrónicos que sean capaces de funcionar en Europa, podrán funcionar en casi cualquier otro mundo del sistema solar. (Fuente: NCYT de Amazings)