旗舰研究人员在微重力条件下进行实验的飞机。这架飞机由Novespace公司操作,通过特殊机动在飞机内部创造零重力条件。图片来源:石墨烯旗舰
在石墨烯旗舰与欧洲航天局的一次成功合作中,针对两种不同的空间相关应用测试石墨烯的实验显示出非常有希望的结果。基于这些结果,旗舰公司正在继续开发用于太空的石墨烯设备。
“正如我们所知,石墨烯有很多机会。其中之一是很早就认识到的空间应用,这是石墨烯首次在全球范围内的类空间应用中进行测试,”石墨烯旗舰项目的科学技术官员Andrea Ferrari教授(英国剑桥大学)说。
石墨烯优异的热性能有望改善循环热管的性能,用于航空航天和卫星应用的热管理系统。石墨烯还可以在太空推进中使用,因为它很轻,而且与光的相互作用很强。2017年11月和12月,“石墨烯旗舰”在最近的实验中测试了这两种应用。
回路热管的主要部件是金属芯,热量从热的物体转移到冷却系统的流体中。两种不同类型的石墨烯在比利时微重力研究中心(Université libre de Bruxelles, Belgium)的合作下进行了测试;英国剑桥大学剑桥石墨烯中心;意大利国家研究委员会(CNR)的有机合成和光反应研究所和微电子和微系统研究所;意大利Leonardo Spa是全球领先的航空航天公司,经营空间系统和高科技仪器制造,并管理发射和在轨服务和卫星服务。
“我们的目标是延长卫星和空间探测器的使用寿命,提高其自主性。通过添加石墨烯,我们将拥有一个更可靠的循环热管,能够在太空中自主运行,”列奥纳多航天业务的首席技术官Marco Molina博士说。
在实验室测试取得优异结果后,回路热管芯在11月和12月欧空局两次抛物线飞行活动中进行了测试。法拉利说:“我们在地球的实验室里已经做了很好的测试,现在当然因为应用将在卫星上,我们需要看看灯芯在低重力条件下和超重力条件下的表现,以模拟卫星发射。”
“这太神奇了,这种感觉是不可思议的,在这种条件下做实验,同时享受自由漂浮的区域是非常有趣的。整个体验真的很棒,”Vanja Miskovic说,他是Université libre de Bruxelles的一名学生,在Novespace公司的一次抛物线飞行中,他在微重力环境下完成了这个实验。
抛物线飞行的结果证实了对灯芯的改进,旗舰公司将继续将石墨烯基热管发展成商业产品。“我认为这是旗舰店如何运作的一个很好的例子。将三个学术合作伙伴和一个具有明确应用目标的大行业聚集在一起,”石墨烯旗舰项目副主任Vincenzo Palermo (CNR)说。“目前,我们已经测试了该装置的原理和核心。下一步将是优化整个设备,并有一个完整的热管可以进入卫星。”
为了测试石墨烯的空间推进潜力,来自荷兰代尔夫特技术大学(TU Delft)的一组博士生参加了ESA的“Drop Your Thesis!”该活动为学生们提供了在德国不莱梅的ZARM空降塔进行微重力实验的机会。为了创造极端微重力条件,达到地球引力的百万分之一,一个装有实验装置的太空舱被弹射到146米高的塔顶上下,达到9.3秒的失重状态。荷兰代尔夫特理工大学空间研究所也为GrapheneX项目提供了支持。
这个名为GrapheneX的团队利用旗舰合作伙伴Graphenea提供的自由漂浮的石墨烯膜,设计并建造了一个实验,以测试石墨烯在太阳帆中的应用。这个想法是为了测试石墨烯膜在激光辐射压力下的表现。该实验在2017年11月13日至17日共进行了5次。
GrapheneX团队成员Rocco Gaudenzi说:“我们的实验就像一个复杂的‘发条装置’,每个组件都必须在正确的时间无缝地启动。”“你必须从零开始建立这样一个时钟装置,这种情况并不经常发生,你不能在真实条件下测试它,而是在发射过程中。”
这个团队努力工作使实验成功。“尽管一开始遇到了技术上的困难,但我们成功地迅速弄清楚了发生了什么,解决了问题,并回到了正轨。我们对实验结果非常满意,因为我们观察到了石墨烯光帆的激光诱导运动,最重要的是我们有了很好的体验!GrapheneX团队成员Davide Stefani说。
GrapheneX团队负责人Santiago J. Cartamil-Bueno表示,经验和结果对团队都是有价值的。“最重要的教训是,总会有事情发生,你需要做好适应或改变的准备,”他说。“我认为,归根结底,这是一种体验;你只需要创造新的挑战,并从中学习,准备好获取更多的经验,进入下一个阶段。”
虽然GrapheneX实验现在已经完成,但该团队正在考虑进一步的测试,作为一个新的雄心勃勃的研究项目的一部分,继续探索辐射压力对石墨烯光帆的影响。
这两个项目的结果证明了石墨烯的多功能性,是迈向石墨烯研究前沿的第一步。
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