Grafen i nul G lover succes i rummet

I et vellykket samarbejde mellem Graphene Flagship og European Space Agency, eksperimenter, der tester grafen til to forskellige rumrelaterede applikationer, har vist yderst lovende resultater. Baseret på disse resultater, flagskibet fortsætter med at udvikle grafenenheder til brug i rummet.

"Graphene har, som vi ved, mange muligheder. En af dem, anerkendt tidligt, er rumapplikationer, og det er første gang, at grafen er blevet testet i rumlignende applikationer, i hele verden, " sagde prof. Andrea Ferrari (University of Cambridge, Storbritannien), Videnskabs- og teknologiofficer for flagskibet grafen.

Grafens fremragende termiske egenskaber er lovende for at forbedre ydeevnen af ​​loop heat pipes, termiske styringssystemer, der anvendes i rumfarts- og satellitapplikationer. Grafen kunne også bruges i rumfremdrift, på grund af dens lethed og stærke samspil med lys. Graphene Flagship testede begge disse applikationer i de seneste eksperimenter i november og december 2017.

Hovedelementet i loop-varmerøret er den metalliske væge, hvor varme overføres fra en varm genstand til en væske, som afkøler systemet. To forskellige typer grafen blev testet i et samarbejde mellem Microgravity Research Center, Université libre de Bruxelles, Belgien; Cambridge Graphene Centre, University of Cambridge, UK; Instituttet for Organisk Syntese og Fotoreaktivitet og Instituttet for Mikroelektronik og Mikrosystemer, både hos Italiens nationale forskningsråd (CNR), Italien; og industripartner Leonardo Spa, Italien, en global leder inden for rumfart, opererer i rumsystemer og højteknologisk instrumentfremstilling og i forvaltningen af ​​lancerings- og kredsløbstjenester og satellittjenester.

"Vi sigter mod en øget levetid og en forbedret autonomi for satellitterne og rumsonderne. Ved at tilføje grafen, vi vil have et mere pålideligt loop-varmerør, i stand til at operere autonomt i rummet, " sagde Dr Marco Molina, Chief Technical Officer for Leonardos rumfartsbranchen.

Efter fremragende resultater i laboratorietest, vægerne til loop heat pipes blev testet i to ESA parabolflyvningskampagner i november og december. "Vi har lavet gode test på jorden i laboratoriet, og nu selvfølgelig fordi applikationerne vil være i satellitter, vi havde brug for at se, hvordan vægerne fungerer i forhold med lav tyngdekraft og også under forhold med hypertyngdekraft, at simulere en satellitopsendelse, " tilføjede Prof Ferrari.

"Det var forbløffende, følelsen er utrolig, og det er ekstremt interessant at lave eksperimenter under den slags forhold, men også at nyde den fritflydende zone. Hele oplevelsen var virkelig fantastisk, " sagde Vanja Miskovic, en studerende ved Université libre de Bruxelles, der udførte eksperimentet i mikrogravity under en parabolsk flyvning, der blev opereret af Novespace.

Resultaterne af parabolflyvningen bekræfter forbedringerne af vægen, og flagskibet vil fortsætte med at udvikle de grafenbaserede varmerør til et kommercielt produkt. "Jeg synes, at dette er et meget flot eksempel på, hvordan flagskibet fungerer. At samle tre akademiske partnere og en stor industri med et klart defineret mål for en applikation, " sagde Vincenzo Palermo (CNR), Vicedirektør for flagskibet grafen. "I øjeblikket, vi har testet princippet og kernen i enheden. Det næste trin vil være at optimere hele enheden, og har et fuldt varmerør, der kan gå i en satellit."

Test af grafen rumfremdrivningspotentiale, et hold ph.d.-studerende fra Delft Tekniske Universitet (TU Delft), Holland deltog i ESA's Drop Your Thesis! kampagne, som giver eleverne chancen for at udføre et eksperiment i mikrotyngdekraft ved ZARM Drop Tower i Bremen, Tyskland. For at skabe ekstreme mikrogravitationsforhold, ned til en milliontedel af Jordens gravitationskraft, en kapsel, der indeholder eksperimentet, slynges op og ned af det 146 meter lange tårn, fører til 9,3 sekunders vægtløshed. TU Delft Space Institute, Holland, ydede også støtte til GrapheneX-projektet.

Holdet - ved navn GrapheneX - designede og byggede et eksperiment til at teste grafen til brug i solsejl, ved hjælp af fritsvævende grafenmembraner leveret af flagskibspartneren Graphenea. Ideen var at teste, hvordan grafenmembranerne ville opføre sig under strålingstryk fra lasere. I alt, eksperimentet kørte fem gange i løbet af 13.-17. november 2017.

"Vores eksperiment er som et komplekst 'urværk', hvor hver komponent skal slukkes problemfrit på det rigtige tidspunkt," sagde Rocco Gaudenzi, medlem af GrapheneX -teamet. ”Det sker ikke ofte, at man skal bygge sådan et urværk fra bunden, og du kan ikke teste det under reelle forhold, men under selve lanceringen. "

Teamet arbejdede hårdt for at få forsøget til at lykkes. "På trods af de første tekniske vanskeligheder, vi formåede hurtigt at finde ud af, hvad der foregik, løse problemerne og komme tilbage på sporet. Vi er meget tilfredse med resultaterne af eksperimentet, da vi observerede laser-induceret bevægelse af et let grafensejl, og vigtigst af alt havde vi en fantastisk oplevelse!" sagde Davide Stefani, GrapheneX-teammedlem.

Santiago J. Cartamil-Bueno, GrapheneX teamleder, gav udtryk for, at både erfaringerne og resultaterne var værdifulde for teamet. "Den vigtigste lektie er, at der altid vil ske noget, og du skal være klar til at tilpasse dig eller ændre dig, " sagde han. "Jeg tror i slutningen af ​​dagen, det handler om oplevelsen; du skal bare skabe nye udfordringer og lære af dem, og vær klar til at få mere erfaring og gå til næste niveau."

Selvom GrapheneX-eksperimentet nu er afsluttet, holdet overvejer yderligere test som en del af et nyt og ambitiøst forskningsprojekt, at fortsætte med at udforske strålingstrykkets indflydelse på grafen lette sejl.

Resultaterne af de to projekter demonstrerer grafen's alsidighed og er det første skridt i retning af at udvide grænserne for grafenforskning.