El grafeno tiene propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas únicas, inspirando a los investigadores a explorar la utilidad de esta red bidimensional de carbono puro.
Los investigadores y estudiantes de la iniciativa de investigación Graphene Flagship, en colaboración con la ESA, han encontrado un potencial adicional para el material que lo hace adecuado para su uso en aplicaciones espaciales, incluida la propulsión ligera y la gestión térmica. Los resultados producidos a partir de esta sinergia bien organizada constituyen el primer paso hacia la expansión de las fronteras de la investigación del grafeno.

Navegando en el espacio con grafeno

Breakthrough Starshot es un proyecto de investigación e ingeniería de Breakthrough Initiatives que tiene como objetivo desarrollar una flota de prueba de concepto de nave espacial de vela ligera que llegará al sistema estelar Alpha Centauri dentro de los 20 años posteriores al lanzamiento.

¡Un equipo de estudiantes graduados de Graphene Flagship de la Universidad Técnica de Delft en Holanda que participan en Drop Your Thesis de ESA Education! El programa dio un primer paso hacia esta ambiciosa meta. El programa les ofreció la oportunidad de realizar un experimento en microgravedad en el Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) Drop Tower en Bremen, para probar el potencial del grafeno como material de vela solar en la propulsión de una nave espacial.

Para crear condiciones de microgravedad, se permitió que una cápsula que contenía cámaras, láseres y grafeno cayera en una torre de 150 metros, lo que llevó a 4.5 segundos de ingravidez. La presión de radiación del brillo de la luz láser de alta potencia sobre la membrana de grafeno hizo que la vela se moviera. El equipo midió este desplazamiento con un microscopio para determinar el empuje de las velas de grafeno.

“Para una propulsión efectiva, la vela ligera debe tener una superficie grande y ser lo más ligera posible. El grafeno satisface estos requisitos, ya que es muy liviano y fuerte, y se puede expandir en una gran área”, señala el Prof. Andrea Ferrari (Universidad de Cambridge (Reino Unido)), Oficial de Ciencia y Tecnología del buque insignia de Grafeno.

El grafeno propaga el calor

Investigadores de Graphene Flagship socios instituyen la Universidad Libre de Bruselas (ULB) (Bélgica), la Universidad de Cambridge (Reino Unido), la Unidad de Bolonia del Consejo Nacional de Investigación Italiano (CNR) (Italia) y Leonardo (Italia) diseñaron un experimento. para probar cómo los recubrimientos a base de grafeno pueden mejorar la eficiencia de los sistemas de enfriamiento por satélite utilizando las propiedades térmicas únicas del material.

El Prof. Ferrari explica: “El grafeno se usa en lo que se conoce como tuberías de calor de bucle, que son bombas que mueven el fluido sin la necesidad de piezas mecánicas. Esto es muy importante para las operaciones espaciales, ya que no hay desgaste ni se necesita mantenimiento. Por ejemplo, los tubos de calor de bucle pueden transportar calor desde sistemas electrónicos calientes en satélites hacia el espacio «.

El material se llevó a bordo de un vuelo parabólico en el avión Novespace Zero-G, donde se crean condiciones de microgravedad para intervalos de aproximadamente 24 segundos a la vez. El equipo realizó 6 vuelos, cada uno con 31 arcos parabólicos, para un total de más de 1 hora de microgravedad.

“El grafeno a bordo soportó el medio ambiente y tuvo un buen desempeño. «Los experimentos mostraron que el grafeno mejoró la presión capilar del fluido en la mecha metálica en un 40%, y la tasa de evaporación en un 800%», señala el Prof. Ferrari.
Ambos experimentos fueron una muestra excepcional del potencial múltiple del grafeno, que ahora ha ampliado sus límites al establecer su utilidad en el espacio. Sobre la base de los resultados alentadores, el Flagship continúa desarrollando y optimizando dispositivos de grafeno para aplicaciones en condiciones de espacio real.

Fuente: Comisión Europea.