Grafen i lasery do napędu kosmicznego. Nowe możliwości?
Dzięki grafenowi lasery mogą pewnego dnia sterować żaglami słonecznymi i korygować pozycję satelitów w przestrzeni kosmicznej. Eksperyment przeprowadzony podczas lotu na „grawitacyjnej kolejce górskiej” wykazał, że ten innowacyjny materiał ma potencjał, by zrewolucjonizować napęd poza Ziemią.
Międzynarodowy zespół badawczy w maju 2025 r. wziął udział w 86. kampanii lotów parabolicznych ESA, zabierając ze sobą ultralekkie aerożele grafenowe, a następnie naświetlając je światłem podczas faz zerowej grawitacji, aby obserwować ich reakcję w warunkach zbliżonych do kosmicznych.
Efekt działania lasera podczas faz mikrograwitacji był zaskakujący: próbki grafenu natychmiast wystrzeliły do przodu.
Postępy w nauce
W komorze próżniowej ciągły strumień lasera padał na trzy małe kostki wykonane z aerożelu grafenowego. Szybka kamera rejestrowała przebieg eksperymentu przez szklane rurki.
Aerożele grafenowe to ultralekkie, wysoce porowate materiały, które łączą w sobie wyjątkową przewodność elektryczną grafenu z zaletami strukturalnymi charakterystycznymi dla aerożeli. Pomimo niskiej gęstości zachowują one doskonałe właściwości mechaniczne.
– Reakcja była błyskawiczna. Zanim zdążyliśmy mrugnąć okiem, aerożele grafenowe osiągnęły ogromne przyspieszenie. Wszystko trwało zaledwie 30 milisekund. Napęd aerożeli grafenowych za pomocą światła w warunkach mikrograwitacji – wyjaśnia Marco Braibanti, naukowiec ESA odpowiedzialny za projekt eksperymentu.
Badania prowadzili naukowcy z Université Libre de Bruxelles (ULB) w Belgii oraz Uniwersytetu Khalifa w Zjednoczonych Emiratach Arabskich (ZEA).
W warunkach grawitacji ziemskiej aerożele praktycznie nie poruszały się. Wyniki, opublikowane w czasopiśmie „Advanced Science”, pokazują, że mikrograwitacja uwalnia potencjał napędu świetlnego aerożeli grafenowych pod względem prędkości, ciągu i odległości. Kolejnym odkryciem była możliwość sterowania napędem poprzez regulację wiązki światła.
– Im silniejszy laser, tym większe przyspieszenie. Impuls laserowy wywołuje gwałtowny skok przyspieszenia, po którym aerożele zwalniają – dodał Marco.
Grafen wytycza drogę
Chociaż nadal jest to nauka podstawowa, te obiecujące wyniki pokazują, że wykorzystanie światła do napędzania aerożeli grafenowych w przestrzeni kosmicznej jest nie tylko możliwe, ale także niezwykle wydajne.
Przyszłe technologie kosmiczne wykorzystujące grafen mogą obejmować napęd za pomocą żagli słonecznych oraz systemy kontroli położenia małych satelitów. Aerożele nowej generacji mogłyby przekształcać światło w ruch, co pozwoliłoby zaoszczędzić paliwo niezbędne do przeprowadzenia misji kosmicznej i zapewniłoby więcej miejsca na inne technologie.
– Otwieramy drogę do przyszłości napędu bez paliwa. Ultralekkie aerożele grafenowe są doskonałym przykładem innowacyjnego materiału stworzonego w laboratorium, który może zaoszczędzić nam duże ilości paliwa i sprzętu w kosmosie – powiedział Ugo Lafont, inżynier fizyki i chemii materiałów w ESA.
Wcześniejsze badania nad oddziaływaniem światła z grafenem ujawniły szerokie spektrum ruchów, od lewitacji i rotacji po napęd w skali makro i nanoskali.
ESA bada obecnie ten potencjał poprzez zespół tematyczny Enable, grupę roboczą, która ocenia również pełen zakres korzyści związanych z materiałami 2D.
Źródło: ESA
Czytaj też: Astronauci Artemis II wrócili do Houston. Pierwsze podsumowania
Grafika tytułowa: Brian McGowan / Unsplash
