Dopo una lunga estate di duro lavoro nei laboratori, i ricercatori della Graphene Flagship sono pronti per due esperimenti questa settimana, testare le tecnologie del grafene per applicazioni spaziali in collaborazione con l'Agenzia spaziale europea (ESA).

Due team di ricercatori esploreranno i vantaggi del grafene come materiale di propulsione leggera nelle vele solari, e come rivestimento intelligente nei tubi di calore ad anello per i satelliti. Entrambi gli esperimenti saranno condotti in condizioni di microgravità, simulare le condizioni estreme nello spazio. Le vele solari galleggeranno in condizioni di microgravità in un esperimento di torre a caduta, mentre il team di ricerca che studia i tubi di calore sperimenterà l'assenza di gravità a bordo di un volo parabolico.

Il Graphene Flagship è un consorzio di ricerca paneuropeo impegnato a portare le tecnologie del grafene attraverso i laboratori di ricerca ad applicazioni mature. Grafene, il foglio di carbonio spesso a un solo atomo, è promettente per una vasta gamma di applicazioni grazie alle sue eccellenti caratteristiche elettriche, proprietà meccaniche e termiche. Queste proprietà saranno ora testate in condizioni di microgravità estreme, espandere il potenziale del grafene in nuove aree.

I tubi di calore ad anello sono sistemi di raffreddamento ampiamente utilizzati nei satelliti e nelle applicazioni aerospaziali. Il raffreddamento si ottiene convertendo un liquido di lavoro in gas all'interno di uno stoppino, prelevare energia dallo strumento caldo da raffreddare. A seguito di risultati promettenti sul campo, un team di ricercatori della Graphene Flagship mira a dimostrare che rivestire gli stoppini con grafene può migliorare l'efficacia del tubo di calore anche in condizioni di microgravità.

Per testare gli stoppini rivestiti di grafene in condizioni di microgravità, i ricercatori prenderanno parte a un volo parabolico a bassa gravità operato dall'ESA in collaborazione con Novespace. Eseguendo una serie di manovre paraboliche, la microgravità è simulata in volo, e i ricercatori sperimenteranno l'assenza di gravità.

"Sono davvero emozionato, Non ho mai fatto niente di simile prima, " ha detto la dottoressa Meganne Christian, ricercatore al CNR. "Vedere questi materiali su cui abbiamo lavorato per così tanto tempo, finalmente lavorare nelle condizioni che vogliamo che facciano è davvero entusiasmante".

"Sono entusiasta dell'esperimento e non vedo l'ora di sperimentare la bassa gravità, " ha detto il dottor Yarjan Samad, ricercatore presso l'Università di Cambridge. "Eseguire gli esperimenti in microgravità sarà una sfida, ma abbiamo lavorato tutti molto e penso che otterremo grandi risultati migliorando la prestazione".

L'esperimento è una collaborazione tra i partner di Graphene Flagship presso il Microgravity Research Center, Università libera di Bruxelles, Belgio; il Cambridge Graphene Centre, Università di Cambridge, UK; Istituto per la sintesi organica e la fotoreattività e Istituto per la microelettronica e i microsistemi, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Italia; e Leonardo Terme, Italia, leader mondiale nel settore aerospaziale, operante nei sistemi spaziali e nella produzione di strumenti ad alta tecnologia e nella gestione dei servizi di lancio e in orbita e dei servizi satellitari.

Dott. Marco Molina (Leonardo), ha dichiarato:"Siamo felici di prendere parte all'esperimento e testare per la prima volta l'uso del grafene per tubi di heap di loop satellitari. Padroneggiare tecnologie emergenti come il grafene, e utilizzarli per sviluppare prodotti all'avanguardia è di primaria importanza per un'azienda come Leonardo, che fonda la propria competitività sull'innovazione."

Le vele leggere possono spingere gli oggetti nello spazio usando la pressione della luce che brilla su una superficie riflettente. GrafeneX, un team di dottorandi della Delft Technical University (TU Delft), Olanda, hanno sviluppato un esperimento per testare il potenziale del grafene per l'uso nella propulsione leggera, proiettando luce laser su membrane di grafene fluttuanti in condizioni di microgravità. Il TU Delft Space Institute, Olanda, sta anche fornendo supporto al progetto GrapheneX.

"Se vuoi realizzare una vela solare è molto importante che i materiali con cui realizzi la vela siano molto leggeri, " ha detto Vera Janssen (TU Delft), un dottorando coinvolto nel progetto GrapheneX. "La massima leggerezza e resistenza sono davvero i principali vantaggi dell'utilizzo del grafene, "

L'esperimento sarà eseguito presso la ZARM Drop Tower a Brema, La Germania nell'ambito di Drop Your Thesis di ESA Education! programma, che invita gli studenti a proporre idee per esperimenti di microgravità. Per creare condizioni di microgravità estreme, fino a un milionesimo della forza gravitazionale terrestre, una capsula contenente l'esperimento viene catapultata su e giù per la torre di 146 metri, portando a 9,3 secondi di assenza di gravità.

"Strutture come la ZARM Drop Tower sono qualcosa di impressionante, nella scala in cui sono e nel numero di cose che devono lavorare insieme per poter funzionare correttamente. Sono molto onorato di andarci, " ha detto Rocco Gaudenzi (TU Delft), un altro dottorando che fa parte del team di GrapheneX.

Questi due ambiziosi esperimenti sono un'eccellente dimostrazione del diverso potenziale del grafene, e getterà le basi per espandere le frontiere della ricerca sul grafene.

Prof. Jari Kinaret (Chalmers University of Technology, Svezia), Direttore dell'ammiraglia del grafene, ha affermato "Questi due progetti esemplificano il duplice carattere del Graphene Flagship:il progetto del tubo di calore ad anello si rivolge a un'applicazione specifica, mentre il progetto della vela leggera è saldamente legato alla ricerca di base e si basa sulla combinazione unica di proprietà che solo il grafene può offrire. Sono particolarmente orgoglioso del fatto che uno di questi progetti sia stato avviato da studenti che lavorano su un'area completamente scollegata dalle applicazioni spaziali:questo dimostra la creatività della prossima generazione di ricercatori, e mostra i collegamenti a volte sorprendenti tra le diverse parti della nostra nave ammiraglia - o forse dovrei dire astronave?"

Prof. Andrea Ferrari (Università di Cambridge), Il responsabile scientifico e tecnologico dell'ammiraglia del grafene e presidente del suo gruppo di gestione ha aggiunto:"Questi sono i primi esperimenti in cui il grafene viene testato in condizioni di gravità quasi zero per applicazioni spaziali, and the first collaboration between the Graphene Flagship and the European Space Agency, with a clear path to applications, thanks to the Flagship Partner Leonardo, a world leading aerospace industry. We have already a roadmap to take graphene further in the space industry across the next two to four years, with an additional two zero gravity campaigns already confirmed."