«Графен, как мы знаем, имеет много возможностей. Одна из них, которая была признана на раннем этапе, — это космические приложения, и это первый раз, когда графен был протестирован в космических приложениях во всем мире», — сказала профессор Андреа Феррари (Университет из Кембриджа, Великобритания), сотрудник по науке и технологиям компании Graphene Flagship.Превосходные тепловые свойства графена перспективны для улучшения характеристик петлевых тепловых трубок, систем терморегулирования, используемых в аэрокосмической и спутниковой сферах. Графен также может найти применение в космических двигателях из-за его легкости и сильного взаимодействия со светом.
Компания Graphene Flagship протестировала оба этих приложения в недавних экспериментах в ноябре и декабре 2017 года.Основным элементом петлевой тепловой трубы является металлический фитиль, в котором тепло передается от горячего объекта жидкости, охлаждающей систему.
Два разных типа графена были протестированы в сотрудничестве между Центром исследований микрогравитации, Universite libre de Bruxelles, Бельгия; Кембриджский центр графена, Кембриджский университет, Великобритания; Институт органического синтеза и фотореактивности и Институт микроэлектроники и микросистем при Национальном исследовательском совете Италии (CNR), Италия; и отраслевой партнер Леонардо Спа, Италия, мировой лидер в аэрокосмической отрасли, работающий в космических системах и производстве высокотехнологичных приборов, а также в управлении запусками и обслуживанием на орбите, а также спутниковыми услугами.«Мы стремимся к увеличению срока службы и большей автономности спутников и космических зондов.
Добавив графен, мы получим более надежную тепловую трубку с контуром, способную работать автономно в космосе», — сказал д-р Марко Молина, технический директор компании Космическое направление Леонардо.После отличных результатов лабораторных испытаний фитили для тепловых трубок контура были испытаны в двух параболических полетах ESA в ноябре и декабре. «У нас есть хорошие тесты, проведенные на Земле в лаборатории, и теперь, конечно, поскольку приложения будут на спутниках, нам нужно было увидеть, как фитили работают в условиях низкой гравитации, а также в условиях гипергравитации, чтобы имитировать запуск спутника», — добавил Проф Феррари.«Это было потрясающе, ощущение невероятное, и очень интересно проводить эксперименты в таких условиях, а также наслаждаться зоной свободного плавания. Все это было действительно здорово», — сказал Ваня Мискович, студент Universite libre de Bruxelles. который провел эксперимент в условиях микрогравитации во время параболического полета, выполняемого компанией Novespace.
Результаты параболического полета подтверждают усовершенствования фитиля, и Flagship продолжит разработку тепловых трубок на основе графена в направлении коммерческого продукта. «Я думаю, что это очень хороший пример того, как работает Flagship. Объединение трех академических партнеров и одной крупной отрасли с четко определенной целью для приложения», — сказал Винченцо Палермо (CNR), вице-директор Graphene Flagship. «На данный момент мы протестировали принцип и суть устройства. Следующим шагом будет оптимизация всего устройства и получение полной тепловой трубки, которая может быть подключена к спутнику».Тестируя потенциал космической тяги графена, группа аспирантов из Делфтского технического университета (TU Delft), Нидерланды, приняла участие в конкурсе ESA Drop Your Thesis! кампания, которая предлагает студентам возможность провести эксперимент в условиях микрогравитации в ZARM Drop Tower в Бремене, Германия.
Чтобы создать экстремальные условия микрогравитации, вплоть до одной миллионной гравитационной силы Земли, капсула, содержащая эксперимент, катапультируется вверх и вниз по 146-метровой башне, что приводит к 9,3 секундам невесомости. Космический институт Делфтского университета в Нидерландах также оказал поддержку проекту GrapheneX.Команда под названием GrapheneX разработала и построила эксперимент по тестированию графена для использования в солнечных парусах, используя свободно плавающие графеновые мембраны, предоставленные партнером Flagship Graphenea. Идея заключалась в том, чтобы проверить, как графеновые мембраны будут вести себя под давлением излучения лазеров.
Всего за 13-17 ноября 2017 года эксперимент проводился пять раз.«Наш эксперимент похож на сложный« часовой механизм », где каждый компонент должен плавно срабатывать в нужное время», — сказал Рокко Гауденци, член команды GrapheneX. «Не часто приходится строить такой часовой механизм с нуля, и вы не можете проверить его в реальных условиях, кроме как во время самого запуска».Команда много работала, чтобы эксперимент прошел успешно. «Несмотря на первоначальные технические трудности, нам удалось быстро выяснить, что происходит, исправить проблемы и вернуться на правильный путь.
Мы очень довольны результатами эксперимента, поскольку мы наблюдали индуцированное лазером движение графенового светового паруса, и, самое главное, у нас был отличный опыт! " сказал Давиде Стефани, член команды GrapheneX.Сантьяго Дж. Картамил-Буэно, руководитель группы GrapheneX, сказал, что и опыт, и результаты ценны для команды. «Самый важный урок заключается в том, что всегда что-то будет происходить, и вы должны быть готовы адаптироваться или измениться», — сказал он. «Я думаю, что в конце концов, дело в опыте; вам просто нужно создавать новые задачи и учиться на них, и быть готовым набрать больше опыта и перейти на следующий уровень».Хотя эксперимент GrapheneX сейчас завершен, команда рассматривает дальнейшие испытания в рамках нового и амбициозного исследовательского проекта, чтобы продолжить изучение влияния радиационного давления на световые паруса из графена.
Результаты двух проектов демонстрируют универсальность графена и являются первым шагом на пути к расширению границ исследований графена.