Cómo ayudaron las lámparas de neón a la electrónica aeroespacial autoalimentada

En las épocas oscuras, cuando John Kennedy era presidente de Estados Unidos, trabajé como técnico de electrónica construyendo dispositivos de detección de altitud y aceleración diseñados para aplicaciones aeroespaciales. Estos dispositivos eran únicos en el sentido de que una batería nuclear los autoalimentaba. La batería se basaba en la captura de partículas betas (electrones) emitidas por el criptón 85 (Kr85), el isótopo radiactivo del criptón. Como pueden imaginar, la potencia disponible era más o menos de fracciones de milivatio. De hecho, estas baterías generarían una corriente constante de unos 600 picoamperios (pA). Los componentes activos utilizados en estos dispositivos eran una lámpara de neón bastante común, como la venerada lámpara NE-2 que Interlight ofrece actualmente, la WX-EGA2-0 (Figura 1).

Figura 1: La encarnación actual de la venerada lámpara de neón NE-2 es la Interlight WX-EGA2-0, que es similar a las lámparas de neón utilizadas como interruptores activos sensibles al voltaje en los dispositivos de seguridad aeroespaciales autoalimentados. (Fuente de la imagen: Interlight)

Los dispositivos más modernos son el GT-NE4H1125T o el GT-NG6H1825T de Lumex Optical Components Inc.

Las lámparas de neón son dispositivos sensibles al voltaje. Debido a que se les aplican voltajes bajos, estas están esencialmente apagadas con muy poca corriente fluyendo a través de ellas. Estas lámparas son un poco sensibles a la electrostática y a la luz en este modo, por lo que se encierran en un protector metálico. A medida que aumenta el voltaje aplicado, el gas dentro de la lámpara se ioniza, la corriente a través de la lámpara aumenta rápidamente y comienza a brillar. En este punto, se mantiene un voltaje casi constante en toda la lámpara. Si la corriente no se limita, la lámpara formará un arco entre sus electrodos, la corriente aumentará rápidamente y el dispositivo estará encendido. Debido a estas características, la lámpara de neón se puede utilizar como un interruptor o un regulador de voltaje.

Para mostrar cómo funciona esto, tomemos el ejemplo de un actuador sensible a la altitud (Figura 2).

Figura 2: Un actuador autoalimentado sensible a la altitud (batería nuclear) puede utilizar lámparas de neón como dispositivos activos. (Fuente de la imagen: Art Pini)

La batería nuclear consta de una ampolla de vidrio llena de Kr85. El tubo de llenado de cobre es el ánodo de la batería. Las cubiertas de cobre hemisféricas duales están galvanizadas en el exterior de la ampolla. Estas forman un elemento de doble cátodo. A medida que el aire de baja altitud llena el espacio entre los cátodos, la radiación del Kr85 ioniza el aire y conecta efectivamente los dos hemisferios. La batería nuclear carga los condensadores C1 y C2.

La lámpara de neón, a la que conocemos como diodos de gas de cátodo frío, cumplía varios propósitos. D3, junto con su resistencia en serie R2, forma un regular de voltaje que mantiene un voltaje constante en C1 y C2. A medida que aumenta la altitud, la presión del aire en el espacio disminuye hasta que el espacio deja de ser conductor. En este punto, el regular de voltaje se desconecta de C1. Con el regulador de voltaje fuera del circuito, la salida de corriente constante de la batería aumenta el voltaje de C1 al inductor L1. El pulso resultante se aplica al protector del diodo D2 y lo convierte en conductor. Esto vacía la carga almacenada en C2 en las terminales de salida. La salida puede dar energía a un relé o activar un dispositivo explosivo, según sea necesario. Entonces, las lámparas de neón funcionan como reguladores de voltaje e interruptores activos.

Construir y probar estos dispositivos de potencia extremadamente baja es todo un desafío. Las salas de ensamblaje y prueba deben estar limpias y secas. Todas las superficies deben limpiarse con alcohol; una huella dactilar puede ocasionar un cortocircuito. Los condensadores se fabricaron a medida con teflón o vidrio dieléctrico con una resistencia de aislamiento mínima de 10¹⁵ ohmios (Ω). Los instrumentos de medición principales fueron voltímetros y electrómetros electrostáticos.

¿Le dije que la mayoría de las pruebas de dispositivos realizadas antes de sellar las unidades se realizaron en cuartos oscuros con luces rojas?

Conclusión

Como se mencionó, las humildes lámparas de neón que ve en sus multicontactos son capaces de mucho más de lo que parecen. Además, pueden servir como reguladores de voltaje o interruptores de ruptura que son especialmente útiles en aplicaciones que usen potencias extremadamente bajas.