تولید نیمه‌هادی در فضا با موشک‌های پیشرفته SpaceX

استارتاپ نوین Besxar با جلب همکاری SpaceX قصد دارد از خلأ طبیعی مدار زمین برای دور زدن اتاق‌های تمیز گران‌قیمت و تولید نیمه‌هادی در فضا استفاده کند تا پاک‌ترین تراشه‌های جهان به مرحله تولید برسند.

اگر قصد ساخت کالا در فضا و بازگرداندن محصولات به زمین را داشته باشید، گزینه‌های پیش روی شما بسیار اندک و محدودند: یا باید منتظر فرصتی برای ارسال محموله به ایستگاه فضایی بین‌المللی بمانید، یا با شمار اندکی از استارتاپ‌ها همکاری کنید که فضاپیماهای آن‌ها پیش از بازگشت به زمین، مدتی را در مدار سپری می‌کنند.

با این حال، وسیله‌ای که بیش از هر سازه دیگری به فضا می‌رود و به زمین بازمی‌گردد، بوستر موشک Falcon 9 متعلق به SpaceX است؛ سامانه‌ای که سال گذشته ۱۶۳ بار این سفر رفت‌وبرگشت را انجام داد و امسال نیز تاکنون بیش از ۱۰۰ پرواز موفق را به ثبت رسانده است. اکنون یک استارتاپ اعلام کرده است که پس از رایزنی با شرکت فضایی ایلان ماسک، موافقت آن‌ها را برای اجرای آزمایشی طرح اولیه یک کارخانه مداری تولید نیمه‌هادی در قالب حدود یک دوجین (۱۲) پرواز با این بوستر جلب کرده است.

چشم‌انداز نوآورانه برای تولید نیمه‌هادی در فضا

استارتاپ Besxar که توسط اشلی پیلیپیسزین (Ashley Pilipiszyn)، از مدیران پیشین OpenAI تأسیس شده است، قصد دارد با بهره‌گیری از خلأ فضا، پیش‌سازهای حیاتی نیمه‌هادی‌های پیشرفته را تولید کند. یکی از دلایل اصلی که کارخانه‌های تولید تراشه روی زمین به پروژه‌های زیرساختی عظیم و به‌شدت پرهزینه تبدیل می‌شوند، نیاز مبرم به احداث اتاق‌های تمیز تحت فشار است تا حتی از ورود ذرات غبار میکروسکوپی و آلاینده‌هایی که می‌توانند تراشه را حین فرایند ساخت نابود کنند، جلوگیری شود. پیلیپیسزین بر این باور است که نسل نوین موشک‌ها می‌تواند جایگزینی مقرون‌به‌صرفه برای تمام آن زیرساخت‌های سنگین زمینی باشد. او برای تحقق این هدف نزدیک به ۱۴ میلیون دلار سرمایه جذب کرده است که یک دور جذب سرمایه اولیه ۹ میلیون دلاری به رهبری Dauntless Ventures و Overture VC را نیز شامل می‌شود.

او در گفتگو با TechCrunch اظهار داشت: «ما در دورانی به سر می‌بریم که حضور در محیطی که این شرایط فیزیکی را به‌صورت طبیعی داراست، بسیار اقتصادی‌تر و به‌صرفه‌تر خواهد بود. لزومی ندارد روی زمین تن به فرایندهایی بدهیم که مستلزم پیکار دائمی با محدودیت‌های فیزیکی است.»

دو محفظه نخست این شرکت موسوم به «fabships» — کپسول‌های کوچکی که برای حمل و آزمایش مواد نیمه‌هادی در مدار طراحی شده‌اند — در جریان یکی از مأموریت‌های ماه ژوئیه Starlink به فضا پرتاب شدند. هدف از این مأموریت اثبات این موضوع بود که آیا این کپسول‌ها توانایی مقاومت در برابر تکانه‌های پرتاب، محافظت از لایه‌های نازک ویفر در برابر آلودگی و تاب‌آوری در محیط خلأ را دارا هستند یا نه. با وجود بروز نقص فنی در سامانه داده‌های پرواز یکی از کپسول‌ها که شرکت هم‌اکنون مشغول بررسی علت آن است، Besxar موفق شد به اهداف تعیین‌شده خود دست یابد.

پیلیپیسزین به TechCrunch گفت: «نمونه‌هایی که به مدار فرستاده شدند، در مقایسه با نمونه‌های ویفر آزمایشگاهی و پروازنکرده در زمین، پاک‌ترین وضعیت را داشتند و کمترین میزان ذرات معلق روی آن‌ها دیده شد؛ دستاوردی فوق‌العاده که مسیر ما را به‌سوی تولید نیمه‌هادی در فضا در مقیاس انبوه هموار می‌کند.»

مسیر تجاری‌سازی و چالش‌های بازگشت محموله به زمین

Besxar قصد دارد طی دو سال آینده به توسعه و تکرار چرخه‌های آزمایش خود ادامه دهد و هدف نهایی آن ارسال کارخانه‌های ساخت بزرگ‌تر (fabs) با فضاپیمایی نظیر Starship متعلق به SpaceX است؛ راکت غول‌پیکری که مراحل تکاملی توسعه را پشت سر می‌گذارد. پیلیپیسزین نخستین بار سه سال پیش برای خرید ظرفیت پروازهای Starship با SpaceX وارد مذاکره شد و در نهایت بر سر ارسال محموله با بوستر Falcon 9 به توافق رسید تا از این طریق ریسک فناوری خود را در کوتاه‌مدت کاهش دهد. گام بعدی، حرارت دادن به ویفرها و سپس لایه‌نشانی (depositing) یک ماده بر روی آن‌ها، پس از آن دو ماده و به همین ترتیب ادامه این روند مهندسی خواهد بود.

به محض تولید نمونه‌های کیفی و مورد تأیید (qualification samples)، شرکت Besxar — که نام خود را از «beskar»، فلز افسانه‌ای دنیای Star Wars برای ساخت زره‌های مندلورین الهام گرفته است — ویفرهای لازم را در اختیار تراشه‌سازان پیشرو قرار خواهد داد تا نسل نوینی از نیمه‌هادی‌ها ساخته شوند؛ محصولاتی بنیادین که وظیفه تنظیم و مدیریت توان الکتریکی را در مراکز داده، ربات‌ها و خودروهای الکتریکی بر عهده دارند.

چندین شرکت دیگر از جمله United Semiconductors و Space Forge نیز در تلاش‌اند تا از شرایط ویژه محیط فضا برای تولید نیمه‌هادی‌هایی با کیفیت بالاتر بهره ببرند، اما همگی با چالشی یکسان روبه‌رو هستند: ظرفیت محدود در بازگرداندن حجم قابل توجهی از محصول به زمین. پیلیپیسزین انتظار دارد مقیاس تولید را به صدها و سپس هزاران ویفر در هر کارخانه فضایی ارتقا دهد، اما تحقق این هدف مستقیما به راکت‌های ارزان‌قیمت وابسته است. این موضوع نیز به نوبه خود مستلزم عملیاتی شدن فضاپیمای Starship از سوی SpaceX — یا به پرواز درآمدن راکت‌های نسل جدید رقبایی نظیر Rocket Lab و Stoke Space — خواهد بود.

او در گفتگو با TechCrunch خاطرنشان کرد: «زیرساخت ترابری پایداری شکل گرفته و اینک نوبت آن است که تمرکز خود را بر لایه کاربردی و عملیاتی معطوف کنیم. ما می‌توانیم تمام توجه خود را به فرآیند اصلی تولید معطوف سازیم و محصولاتمان را هرچه سریع‌تر برای ورود به بازار به زمین بازگردانیم.»