Tehnološka suverenost danas je izravan sinonim za nacionalnu sigurnost. U suvremenom svijetu, sposobnost jedne nacije da samostalno dizajnira, proizvodi i osigurava ključne tehnologije definira njezinu snagu, otpornost i neovisnost. Priča o tehnološkoj suverenosti Sjedinjenih Američkih Država u velikoj je mjeri isprepletena s razvojem poluvodičkih tehnologija. Potaknuta hitnošću Hladnog rata i "svemirske utrke", američka ulaganja dovela su do izuma integriranog kruga (IC) i CMOS (komplementarni metal-oksid-poluvodič) tehnologije kasnih 1950-ih i ranih 1960-ih. Time su postavljeni temelji za elektroniku niske potrošnje i visoke gustoće. Ono što je uslijedilo bilo je ništa manje od transformacije cjelokupnog društva – od prvih velikih računala do današnjih naprednih obrambenih sustava, kibernetičke infrastrukture, zdravstva i biotehnologije, svaki sektor koji štiti, održava i poboljšava ljudski život sada se oslanja na snagu računalne obrade.

Kako se svijet kreće prema eri koja nadilazi ograničenja tradicionalne CMOS tehnologije, proizvodnja u uvjetima mikrogravitacije pojavljuje se kao ključni pokretač za nove računalne paradigme. Tu spadaju kvantno računalstvo, koje koristi principe kvantne mehanike, i neuromorfno računalstvo, koje oponaša strukturu i funkciju ljudskog mozga. Da bi napredovale na ovoj novoj granici, Sjedinjene Države moraju ponovno preuzeti vodeću ulogu. Ovaj put, sljedeći veliki skok događa se izvan granica Zemlje.

Korijeni digitalne revolucije: Od tranzistora do Mjeseca

Poluvodiči su se u SAD-u prvotno pojavili kao ključna imovina nacionalne sigurnosti. Godine 1947. u sterilnim sobama Bell Labsa, William Shockley, zajedno s Johnom Bardeenom i Walterom Brattainom, izumio je tranzistor, malenu komponentu koja će zamijeniti glomazne i nepouzdane vakuumske cijevi. Taj je izum bio tek početak. Desetak godina kasnije, američki pioniri poput Jacka Kilbyja iz tvrtke Texas Instruments i Roberta Noycea iz Fairchild Semiconductora neovisno su razvili integrirani krug, smjestivši više tranzistora na jednu pločicu poluvodičkog materijala, najčešće silicija. To je omogućilo radikalnu minijaturizaciju računala i postavilo temelje za tehnološku superiornost nad geopolitičkim suparnicima. Ovi izumi nisu samo revolucionirali elektroniku, već su stvorili cjelokupnu modernu poluvodičku industriju, pokrenuvši ono što danas znamo kao digitalno doba.

Do 1969. godine, Apollo Guidance Computer (AGC), računalo koje je sigurno spustilo ljude na Mjesec, postalo je jedan od prvih velikih primjera korištenja integriranih krugova u sustavu od presudne važnosti. U to vrijeme, AGC je bio čudo tehnike. Iako je po današnjim standardima njegova procesorska snaga bila skromna, usporediva s prvom generacijom kućnih računala s kraja 1970-ih, za ono vrijeme predstavljao je vrhunac inženjerstva. Upravo je uspjeh misije Apollo demonstrirao pouzdanost i potencijal IC tehnologije, nakon čega je uslijedio njezin brzi prijelaz iz isključivo obrambenih i zrakoplovnih u komercijalne primjene – od velikih mainframe računala, preko džepnih kalkulatora do ranih digitalnih sustava. Od pogona Apolla do omogućavanja naprednih komunikacijskih i slikovnih sustava, poluvodička tehnologija pokretala je gotovo svaki skok u znanosti i sigurnosti. Taj uspjeh nije bio slučajan; bio je rezultat kohezivne nacionalne vizije koja je ujedinila industriju, akademsku zajednicu i vladu oko zajedničkog cilja – inovacija za sigurnost i prosperitet.

Dosegnute granice: Zašto Zemlja više nije dovoljna?

Tijekom proteklih šest desetljeća, ova predanost inovacijama držala je SAD na čelu razvoja ključnih tehnologija. Međutim, krajolik tehnološkog vodstva se mijenja. Proizvodnja integriranih krugova na Zemlji približava se svojim temeljnim fizičkim i ekonomskim granicama. Poznati Mooreov zakon, koji predviđa udvostručenje broja tranzistora na čipu svake dvije godine, usporava. Inženjeri se suočavaju s problemima poput kvantnog tuneliranja, gdje elektroni "prolaze" kroz barijere koje bi ih trebale zaustaviti, i prekomjernog zagrijavanja na sve manjim i gušćim čipovima. Istovremeno, potražnja za snažnijim, energetski učinkovitijim i specijaliziranim čipovima, poput onih otpornih na radijaciju za vojne i svemirske primjene, raste eksponencijalno. Kako bi zadržale svoju prednost, Sjedinjene Države moraju prihvatiti granicu koju su već pomogle uspostaviti: istraživanje i razvoj poluvodiča u svemiru.

Mikrogravitacija kao nova paradigma: Proizvodnja u niskoj Zemljinoj orbiti

Uvjeti mikrogravitacije u niskoj Zemljinoj orbiti (LEO) nude radikalno drugačije okruženje za istraživanje i razvoj poluvodiča. Smanjene gravitacijske sile, koje uzrokuju konvekciju i sedimentaciju na Zemlji, u svemiru gotovo da ne postoje. To omogućuje daleko ujednačeniji rast kristala, što rezultira poluvodičkim kristalima s dramatično manjom gustoćom defekata i jedinstvenim atomskim rasporedom. Kvantni materijali ponašaju se na nove načine, omogućujući stvaranje arhitektura koje je izuzetno teško, ako ne i nemoguće, replicirati na Zemlji. Znanstvenici su proučavali ove učinke još od 1980-ih godina, a do ranih 2000-ih strukturirana istraživanja poluvodiča već su se provodila na misijama Space Shuttlea, a kasnije i na Međunarodnoj svemirskoj postaji (ISS).

ISS Nacionalni Laboratorij: Kovačnica budućih tehnologija

Od svog osnutka, Međunarodna svemirska postaja (ISS) postala je ključna platforma za unapređenje materijala za računalstvo sljedeće generacije, uključujući poluvodiče. Godine 2011. osnovan je Centar za unapređenje znanosti u svemiru (CASIS®) kako bi upravljao američkim Nacionalnim Laboratorijem na ISS-u, s eksplicitnom vizijom unapređenja istraživanja i razvoja u područjima koja služe i komercijalnim i nacionalnim interesima. Uz potporu NASA-e, CASIS je omogućio istraživačima iz vladinih agencija, akademske zajednice i industrije da istražuju utjecaj mikrogravitacije na rast kristala, taloženje tankih filmova i svojstva kvantne isprepletenosti. Ovaj napor nadilazi puko znanstveno istraživanje; izravno podupire ekonomsku konkurentnost i nacionalnu otpornost. Naši najnapredniji sustavi, autonomne platforme, sigurne komunikacije i senzori sljedeće generacije ovise o performansama i preciznosti mikroelektronike. Kako se kapaciteti za proizvodnju u svemiru razvijaju diljem svijeta, SAD igra ključnu ulogu u napretku inovacija u materijalima i uređajima.

Nova svemirska utrka: Geopolitički imperativ inovacija

Baš kao što je lansiranje Sputnika 1957. godine kataliziralo SAD da stigne na Mjesec 1969., današnji globalni pomaci moraju potaknuti novu "svemirsku utrku". Ovaj put, cilj nije samo istraživanje svemira, već i proizvodnja budućnosti unutar njega. Nacije poput Kine identificirale su proizvodnju poluvodiča u svemiru kao strateški prioritet i ubrzano napreduju u tom području, gradeći vlastitu svemirsku postaju i provodeći relevantne eksperimente. U ovom natjecanju, SAD pomaže oblikovati budućnost proizvodnje poluvodiča u svemiru poticanjem inovacija kroz strateška ulaganja i istraživanja. Nastavak ovog zamaha bit će ključan za dugoročno vodstvo na tom polju. To uključuje koordinirani nacionalni napor za ulaganje u orbitalnu infrastrukturu za istraživanje i razvoj, podršku javno-privatnim partnerstvima i održavanje platformi poput ISS-a i njegovih nasljednika.

Strateški odgovor Amerike: Od CHIPS akta do orbite

Gledajući unaprijed prema sljedećih 50 godina, poluvodiči proizvedeni u svemiru vjerojatno će igrati ključnu ulogu u nacionalnoj sigurnosti. Dobra vijest je da se ne kreće od nule. Programi kroz NASA-u, Agenciju za napredne obrambene istraživačke projekte (DARPA), Nacionalnu znanstvenu zakladu (NSF) i nedavni CHIPS and Science Act postavljaju temelje za komercijalne i nacionalne primjene proizvodnje u svemiru. CHIPS Act, vrijedan stotine milijardi dolara, osmišljen je kako bi revitalizirao domaću proizvodnju čipova i potaknuo temeljna istraživanja. Te inicijative moraju se proširiti i ubrzati. Mikrogravitaciju moramo tretirati ne samo kao istraživačko okruženje, već kao proširenje inovacijskog ekosustava koji je oduvijek izdvajao SAD. Sjedinjene Države posjeduju znanstvenu dubinu, komercijalnu infrastrukturu i povijesni zamah da ponovno preuzmu vodstvo. Ono što je sada potrebno jest održiv fokus i strateška koordinacija. Cijena odgode nije samo propuštena prilika; bit će to opasna ranjivost.

Baš kao što 1969. nismo mogli predvidjeti da će isti oni integrirani krugovi korišteni u Apollo Guidance Computeru jednog dana pokretati svaki telefon, automobil i satelit, tako ni danas ne možemo u potpunosti predvidjeti utjecaj poluvodiča omogućenih mikrogravitacijom. Kao što je izumitelj William Shockley jednom slavno rekao: "Znali smo da držimo novi svijet za rep." Danas, s probojima u svemirskoj proizvodnji i post-CMOS računalstvu na horizontu, ponovno držimo novi svijet za rep. Ljudi koji danas oblikuju temelje za računalne tehnologije i proizvodnju u svemiru, oblikovat će budućnost naše globalne sigurnosti i prosperiteta. Vrijeme je da se vodstvo u svemirskoj proizvodnji poluvodiča preuzme s istim duhom i odlučnošću kao 1969. godine.

Izvor: ISS National Laboratory