Iseparanev nano-kosmoseaparaat lendaks Alpha Centaurini 20 aastaga
Nüüdistehnoloogia juures võtaks kosmosesõidukil meile lähima tähesüsteemini Alpha Centauri (Kentauri Alfa ehk α Centauri) jõudmine aega kauem kui 18 000 aastat, kuid arvutused näitavad, et valguse kiirusest viis korda aeglasemal kiirusel kihutav ränikiipidest konstrueeritud nano-kosmoseaparaat võiks sama vahemaa läbida vaid 20 aastaga.
Peamine probleem vastava plaani juures on, et selline „kiipkosmoselaev“ ei taluks avakosmosele iseloomulikku ülitugevat kiirgust ja äkilisi temperatuurikõikumisi. Nüüd ongi USA kosmoseagentuur NASA ja Korea arenenud teaduse ja tehnika instituut KAIST ühendanud jõud, et töötada välja meetod, mille abil kiibid saaksid end ise n-ö lennu pealt remontida.
Praegu on teada kolm viisi kiipide ekspluatatsiooniaja maksimaalseks pikendamiseks tähtedevahelistel lendudel. Kõige ilmsem neist on metallist kiirguskilp, mis aga tõhusaks toimimiseks peab olema nii massiivne, et sellega varustatud kosmoselaev ei saa enam kuidagi olla väike ja kerge. Teine võimalus oleks valida kosmoseaparaadile selline lennutrajektoor, mis kahandaks kiirgusohu miinimumini, kuid see piiraks suurel määral nende piirkondade hulka kosmoses, kuhu elektroonilisi sonde saata saaks, pikendaks lendude kestust ja jätaks aparaadid kaitsmata ettenägematute ohtude eest.
Kolmas viis, millele keskendusid seekord ka NASA ja KAIST-i uurijad, on nn kiirgusteadlike elektroonikalülituste konstrueerimine (ingl radiation-aware circuit design). Standardsete uimevälja-transistoride (FinFET; fin field-effect transistor) asemel töötasid teadlased varem KAIST-is arendatud „pais-ümber-kõige“-nanotraat-transistoridega (GAA FET; gate-all-around field-effect transistor). Seda tüüpi lülitustes ümbritseb elektrooniline pais (gate) nanotraati ja lubab või takistab elektronide voolu läbi selle. Topeltklemmistikud võimaldavad elektronidel voolata läbi paisu ja seda ümbritseva kanali, tõstes selle temperatuuri vähem kui kümne nanosekundiga rohkem kui 900 kraadile. On näidatud, et selline kõrge kuumus parandab kiirgusest, pingetest ja vananemisest johtuvat transistoride soorituse mandumist.
Kuumutamisepõhist eneseparandamise süsteemi katsetati kolme ränikiibi-põhiste kosmoselaevade loomise seisukohalt kriitilise tähtsusega komponendi peal: mikroprotsessoril, dünaamilisel muutmälul (DRAM) ja andmete talletamiseks vajalikul välk-muutmäluseadmel (flash memory drive). Kõigis kolmes katsesarjas pikendas süsteem seadme kasutusaega, parandades korduvalt kõiki kiirgusega tekitatud kahjustusi. Välk-muutmäluseade iseremontis ennast 10 000 korda, DRAM-muutmälul õnnestus iseparandamisprotseduuri läbi viia koguni 1012 (s.t triljon) korda.
GAA-FET-transistoridesse „sisse küpsetatud“ vastupidavust kosmilise kiirguse suhtes ja palju väiksemate elektroonikalülituste tulevikus loomise tõenäosust arvesse võttes järeldavad uurijad, et uus tehnoloogia teeb võimalikuks pikkadel kosmosreisidel töökorras püsivate, iseennast remontivate nanokosmoselaevade loomise.
