微重力下石墨烯帆的激光推进

时间:2020-05-10 21:06 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

微重力下石墨烯帆的激光推进

在发现时代(15 -17世纪),海外的探索和贸易可以通过航海技术实现,而深空探索也同样需要新空间时代的到来。然而,这一次,新的风帆应该是轻的,而不是风,因为这些轻的风帆需要非常大,薄,轻,反光,和强大。

nasa支持的研究人员展示了石墨烯帆在微重力下的激光推进,这是人类的一次轻松跳跃。

让我在群星中嬉戏

2012年,在经历了35年121个天文单位(18100,000,000公里,11250,000,000英里)的旅行后,nasa的旅行者1号离开了我们的太阳系,对深空的物理探索成为了现实。如果旅行者1号旅行到半人马座阿尔法星(Alpha Centauri Cb),也就是距离我们最近的、位于26万天文单位的太阳系外行星,人类将不得不等待好几十年,希望航天飞机能保持一定的能量在那时抵达地球。

微重力下石墨烯帆的激光推进

正如日本宇宙航空研究开发机构(jaxa2010)的任务IKAROS (mission IKAROS)和行星协会(Planetary society)的光帆2号(LightSail 2)(2019)首次证明的那样,使用光帆作为推进系统是最有希望实现快速和负担得起的太空旅行的想法之一。船帆不仅不需要燃料来移动,而且还节省了相应的昂贵的重量和包含它的油箱的重量。不幸的是,光辐射压力(光子的动量传递)只有当帆的质量足够大(从几米到几千平方米)时才会产生相应的加速度,而目前使用的材料在扩大尺寸时是有限的。

石墨烯是解决方案的一部分。SCALE nanotecho的主任兼GrapheneSail团队的负责人Santiago J. Cartamil-Bueno博士说。我们展示了一种新颖的风帆设计,通过使用穿孔薄膜来减少整体的风帆质量。通过用CVD石墨烯覆盖这些孔,帆的整个区域再次可用来实现最小质量成本的光学性能。制造过程相对简单,可以很容易地扩大到平方公里,尽管在太空中部署这样一个巨大的帆将是一个严重的挑战。

这是谁

在欧洲航天局的支持下,研究人员进入了德国不来梅的ZARM发射塔,以测试石墨烯在类太空条件下的航行。在这里,实验是在一个自由落体的胶囊中进行的,以确保在几秒钟的高质量微重力环境(10-6克)。当小尺寸的帆原型在失重状态下漂浮时,它们受到1W激光的照射,并开始以高达1m /s2的加速度移动。

微重力下石墨烯帆的激光推进

ZARM Drop Tower运营服务公司副科学总监Thorben kouml;nemann博士说:“我们一直很高兴支持有远见和有前途的实验概念。格拉普内尔团队的成功再次证明了不来梅下降塔的能力;它不仅为基础研究提供了良好的微重力环境,而且是空间技术的第一块踏脚石和试验台,不需要复杂的在轨运行。

即使对于这样一个突破性的计划,访问这种类型的设施也不是小事。幸运的是,欧洲空间研究中心的物理科学协调员阿斯特丽德·奥尔博士看到了不同的情况:这个项目是一个很好的科学研究的例子,它可以在欧空局的支持下,在一个地面空间模拟平台上进行。在这种情况下,就是微重力;这对未来的太空飞行和探索项目也有很大的潜力。

我们想在SpaceX公司之前把帆驶向火星。圣地亚哥·j·卡塔米尔-布埃诺博士开玩笑说,但是现在我们还是脚踏实地。目前,石墨烯帆正在通过欧洲航天局商业孵化中心Hessen &我们正在寻找更多的战略合作伙伴,使我们能够扩大这项技术的规模,最终在太空中进行试验。也许这就是石墨烯腾飞的最后倒计时。

微重力条件下石墨烯栅帆的光诱导推进Rocco Gaudenzi, Davide Stefani和Santiago Jose Cartamil-Bueno, 2020年4月20日,《航天学报》。

DOI: 10.1016 / j.actaastro.2020.03.030

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