在“石墨烯旗舰”与欧洲航天局的成功合作中,针对两种不同的空间相关应用测试石墨烯的实验显示了极有希望的结果。基于这些结果,旗舰号将继续开发用于太空的石墨烯器件。
“正如我们所知,石墨烯有很多机会。其中之一,很早就认识到的是空间应用,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安德里亚·法拉利教授(Andrea Ferrari)说。
石墨烯优异的热性能有望改善环热管的性能,用于航空航天和卫星应用的热管理系统。石墨烯也可以用于太空推进,因为它很轻,而且与光有很强的相互作用。石墨烯旗舰在2017年11月和12月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,热量从热物体传递到流体中,从而冷却系统。微重力研究中心(Université libre de Bruxelles, Belgium)合作测试了两种不同类型的石墨烯;英国剑桥大学石墨烯中心;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是全球航空航天领域的领导者,经营空间系统和高科技仪器制造,以及发射和在轨服务和卫星服务的管理。
“我们的目标是延长卫星和空间探测器的寿命,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,”莱昂纳多太空业务的首席技术官马可·莫利纳博士说。
在实验室测试取得优异结果后,11月和12月在欧空局两次抛物线飞行活动中测试了回路热管的灯芯。法拉利教授补充说:“我们在地球上的实验室里做了很好的测试,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,这种感觉令人难以置信,在这种条件下做实验非常有趣,而且还能享受自由漂浮的区域。整个体验真的很棒,”范德·米斯科维奇说,他是布鲁塞尔Université自由学院的学生,在Novespace公司操作的抛物线飞行中,在微重力条件下进行了实验。
抛物线飞行的结果证实了灯芯的改进,旗舰公司将继续将石墨烯热管开发成商业产品。“我认为这是旗舰如何运作的一个很好的例子。石墨烯旗舰项目副主任Vincenzo Palermo (CNR)说:“我们将三个学术合作伙伴和一个大行业聚集在一起,为应用制定明确的目标。”“目前,我们已经测试了该设备的原理和核心。下一步将是优化整个设备,并拥有一个可以进入卫星的完整热管。”
为了测试石墨烯空间推进的潜力,来自荷兰代尔夫特理工大学(TU Delft)的博士生团队参加了欧空局的“扔掉你的论文!”该活动为学生提供了在德国不来梅的ZARM空投塔进行微重力实验的机会。为了创造极端微重力条件,降低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米高的塔上,导致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石墨烯ex项目提供了支持。
这个名为GrapheneX的团队设计并建造了一个实验,以测试石墨烯在太阳帆中的使用,使用的是旗舰合作伙伴Graphenea提供的自由漂浮的石墨烯膜。这个想法是为了测试石墨烯膜在激光辐射压力下的表现。实验总共在2017年11月13日至17日进行了五次。
“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运行”,GrapheneX团队的成员Rocco Gaudenzi说。“这种情况并不经常发生,你必须从头开始建造这样一个发条装置,而且你无法在实际条件下测试它,只能在发射过程中进行测试。”
这个小组努力工作使实验成功。“尽管最初出现了技术上的困难,但我们很快就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一次很棒的体验!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。“最重要的一课是总会发生一些事情,你需要准备好适应或改变,”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,准备好获得更多的经验,进入下一个阶段。”
虽然GrapheneX实验已经完成,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,是扩大前沿领域的第一步石墨烯研究。
了下:航空航天+国防
