I ett framgångsrikt samarbete mellan Graphene Flagship och European Space Agency, experiment som testar grafen för två olika rymdrelaterade applikationer har visat mycket lovande resultat. Baserat på dessa resultat, flaggskeppet fortsätter att utveckla grafenenheter för användning i rymden.

"Graphene har som vi vet många möjligheter. En av dem, upptäcktes tidigt, är rymdapplikationer, och detta är första gången som grafen har testats i rymdliknande applikationer, över hela världen, " sa Prof. Andrea Ferrari (University of Cambridge, STORBRITANNIEN), Science and Technology Officer för flaggskeppet grafen.

Grafens utmärkta termiska egenskaper är lovande för att förbättra prestandan hos loopvärmerör, termiska ledningssystem som används i flyg- och satellittillämpningar. Grafen kan också användas i rymdframdrivning, på grund av dess lätthet och starka växelverkan med ljus. The Graphene Flagship testade båda dessa applikationer i de senaste experimenten i november och december 2017.

Huvudelementet i slingvärmeröret är den metalliska veken, där värme överförs från ett varmt föremål till en vätska, som kyler systemet. Två olika typer av grafen testades i ett samarbete mellan Microgravity Research Centre, Université libre de Bruxelles, Belgien; Cambridge Graphene Centre, Universitetet i Cambridge, STORBRITANNIEN; Institutet för organisk syntes och fotoreaktivitet och Institutet för mikroelektronik och mikrosystem, båda vid Italiens nationella forskningsråd (CNR), Italien; och branschpartner Leonardo Spa, Italien, en global ledare inom flyg- verksamma inom rymdsystem och högteknologisk instrumenttillverkning och inom förvaltningen av uppskjutnings- och omloppstjänster och satellittjänster.

"Vi siktar på en ökad livslängd och en förbättrad autonomi för satelliterna och rymdsonderna. Genom att lägga till grafen, vi kommer att ha ett mer pålitligt loop värmerör, kan arbeta autonomt i rymden, sa Dr Marco Molina, Chief Technical Officer för Leonardos rymdindustri.

Efter utmärkta resultat i laboratorietester, vekarna för loop heat pipes testades i två ESA paraboliska flygkampanjer i november och december. "Vi har bra tester gjorda på jorden i labbet, och nu naturligtvis eftersom applikationerna kommer att finnas i satelliter, vi behövde se hur vekarna fungerar i lågviktsförhållanden och även under hypergravitationsförhållanden, att simulera en satellituppskjutning, " tillade prof Ferrari.

"Det var fantastiskt, känslan är otrolig och det är oerhört intressant att göra experiment under dessa typer av förhållanden men också att njuta av den fritt flytande zonen. Hela upplevelsen var riktigt bra, sa Vanja Miskovic, en student vid Université libre de Bruxelles som utförde experimentet i mikrogravitation under en parabolflygning som opererades av Novespace.

Resultaten av parabolflygningen bekräftar förbättringarna av veken, och flaggskeppet kommer att fortsätta att utveckla de grafenbaserade värmerören mot en kommersiell produkt. "Jag tycker att det här är ett mycket bra exempel på hur flaggskeppet fungerar. Att sammanföra tre akademiska partners och en stor industri med ett tydligt definierat mål för en ansökan, " sa Vincenzo Palermo (CNR), Vice-direktör för flaggskeppet grafen. "Just nu, vi har testat principen och kärnan i enheten. Nästa steg blir att optimera hela enheten, och har ett fullt värmerör som kan gå i en satellit."

Testa grafen rymdframdrivningspotential, ett team av doktorander från Delft Technical University (TU Delft), Nederländerna deltog i ESA:s Drop Your Thesis! kampanj, som ger eleverna chansen att utföra ett experiment i mikrogravitation vid ZARM Drop Tower i Bremen, Tyskland. För att skapa extrema mikrogravitationsförhållanden, ner till en miljondel av jordens gravitationskraft, en kapsel som innehåller experimentet slungas upp och ner i det 146 meter höga tornet, vilket leder till 9,3 sekunders viktlöshet. TU Delft Space Institute, Nederländerna, gav också stöd till GrapheneX-projektet.

Teamet - som heter GrapheneX - designade och byggde ett experiment för att testa grafen för användning i solsegel, med fritt flytande grafenmembran från flaggskeppspartnern Graphenea. Tanken var att testa hur grafenmembranen skulle bete sig under strålningstryck från lasrar. Totalt, experimentet kördes fem gånger under 13-17 november 2017.

"Vårt experiment är som ett komplext "urverk" där varje komponent måste gå av sömlöst vid rätt tidpunkt, säger Rocco Gaudenzi, en medlem av GrapheneX-teamet. "Det händer inte ofta att man måste bygga upp ett sådant urverk från grunden, och du kan inte testa det under verkliga förhållanden utan under själva lanseringen."

Teamet arbetade hårt för att göra experimentet framgångsrikt. "Trots de inledande tekniska svårigheterna, vi lyckades snabbt ta reda på vad som pågick, åtgärda problemen och komma tillbaka på rätt spår. Vi är mycket nöjda med resultaten av experimentet eftersom vi observerade laserinducerad rörelse av ett lätt grafensegel, och viktigast av allt hade vi en fantastisk upplevelse!" sa Davide Stefani, GrapheneX-teammedlem.

Santiago J. Cartamil-Bueno, GrapheneX teamledare, uttryckte att både erfarenheten och resultaten var värdefulla för teamet. "Den viktigaste lärdomen är att det alltid händer något, och du måste vara redo att anpassa dig eller att förändra, " sa han. "Jag tror att i slutet av dagen, det handlar om upplevelsen; du behöver bara skapa nya utmaningar och lära av dem, och var redo att ta mer erfarenhet och gå till nästa nivå."

Även om GrapheneX-experimentet nu är avslutat, teamet överväger ytterligare tester som en del av ett nytt och ambitiöst forskningsprojekt, att fortsätta att utforska inverkan av strålningstryck på grafen lätta segel.

Resultaten av de två projekten visar grafens mångsidighet och är det första steget mot att vidga gränserna för grafenforskning.