Dans le cadre d'une collaboration fructueuse entre le Graphene Flagship et l'Agence spatiale européenne, des expériences testant le graphène pour deux applications spatiales différentes ont montré des résultats extrêmement prometteurs. Sur la base de ces résultats, le Flagship continue de développer des dispositifs au graphène pour une utilisation dans l'espace.

« Le graphène, comme nous le savons, offre de nombreuses opportunités. L'une d'entre elles, reconnu très tôt, est les applications spatiales, et c'est la première fois que le graphène est testé dans des applications de type spatial, à l'échelle mondiale, " a déclaré le professeur Andrea Ferrari (Université de Cambridge, ROYAUME-UNI), Officier scientifique et technologique du Graphene Flagship.

Les excellentes propriétés thermiques du graphène sont prometteuses pour améliorer les performances des caloducs en boucle, systèmes de gestion thermique utilisés dans les applications aérospatiales et satellitaires. Le graphène pourrait également avoir une utilisation dans la propulsion spatiale, en raison de sa légèreté et de sa forte interaction avec la lumière. Le Graphene Flagship a testé ces deux applications lors d'expériences récentes en novembre et décembre 2017.

L'élément principal du caloduc en boucle est la mèche métallique, où la chaleur est transférée d'un objet chaud dans un fluide, qui refroidit le système. Deux types différents de graphène ont été testés en collaboration entre le Microgravity Research Centre, Université libre de Bruxelles, La Belgique; le Cambridge Graphene Centre, Université de Cambridge, ROYAUME-UNI; l'Institut de synthèse organique et de photoréactivité et l'Institut de microélectronique et des microsystèmes, tous deux au Conseil national de la recherche d'Italie (CNR), Italie; et partenaire industriel Leonardo Spa, Italie, un leader mondial de l'aérospatiale, opérant dans les systèmes spatiaux et la fabrication d'instruments de haute technologie et dans la gestion des services de lancement et en orbite et des services satellitaires.

« Nous visons une durée de vie accrue et une autonomie améliorée des satellites et des sondes spatiales. En ajoutant du graphène, nous aurons un caloduc en boucle plus fiable, capable de fonctionner de manière autonome dans l'espace, " a déclaré le Dr Marco Molina, Directeur technique de la ligne d'activité spatiale de Leonardo.

Après d'excellents résultats aux tests de laboratoire, les mèches des caloducs des boucles ont été testées lors de deux campagnes de vols paraboliques de l'ESA en novembre et décembre. « Nous avons de bons tests effectués sur terre en laboratoire, et maintenant bien sûr parce que les applications seront dans les satellites, nous avions besoin de voir comment les mèches se comportent dans des conditions de faible gravité et également dans des conditions d'hypergravité, pour simuler un lancement de satellite, " a ajouté le professeur Ferrari.

"C'était incroyable, le feeling est incroyable et c'est extrêmement intéressant de faire des expériences dans ce genre de conditions mais aussi de profiter de la zone de free-floating. Toute l'expérience était vraiment géniale, " a déclaré Vanja Miskovic, un étudiant de l'Université libre de Bruxelles qui a réalisé l'expérience en microgravité lors d'un vol parabolique opéré par Novespace.

Les résultats du vol parabolique confirment les améliorations de la mèche, et le Flagship continuera à développer les caloducs à base de graphène vers un produit commercial. "Je pense que c'est un très bel exemple de la façon dont fonctionne le Flagship. Réunir trois partenaires académiques et une grande industrie avec un objectif clairement défini pour une application, " a déclaré Vincenzo Palerme (CNR), Vice-directeur du Graphene Flagship. "À l'heure actuelle, nous avons testé le principe et le cœur de l'appareil. La prochaine étape sera d'optimiser l'ensemble du dispositif, et avoir un caloduc plein qui peut aller dans un satellite."

Tester le potentiel de propulsion spatiale du graphène, une équipe de doctorants de l'Université Technique de Delft (TU Delft), Les Pays-Bas ont participé au projet Drop Your Thesis de l'ESA ! campagne, qui offre aux étudiants la possibilité de réaliser une expérience en microgravité à la ZARM Drop Tower à Brême, Allemagne. Pour créer des conditions de microgravité extrêmes, jusqu'à un millionième de la force gravitationnelle de la Terre, une capsule contenant l'expérience est catapultée de haut en bas de la tour de 146 mètres, conduisant à 9,3 secondes d'apesanteur. L'Institut spatial de la TU Delft, Pays-Bas, a également apporté son soutien au projet GrapheneX.

L'équipe - nommée GrapheneX - a conçu et construit une expérience pour tester le graphène pour une utilisation dans les voiles solaires, en utilisant des membranes de graphène flottantes fournies par le partenaire phare Graphenea. L'idée était de tester le comportement des membranes de graphène sous la pression de rayonnement des lasers. Au total, l'expérience s'est déroulée cinq fois du 13 au 17 novembre 2017.

« Notre expérience est comme une 'horloge' complexe où chaque composant doit se déclencher de manière transparente au bon moment », a déclaré Rocco Gaudenzi, membre de l'équipe GrapheneX. "Il n'arrive pas souvent que vous deviez construire une telle horloge à partir de zéro, et vous ne pouvez pas le tester en conditions réelles mais pendant le lancement lui-même."

L'équipe a travaillé dur pour faire de l'expérience un succès. « Malgré les difficultés techniques initiales, nous avons réussi à comprendre rapidement ce qui se passait, résolvez les problèmes et revenez sur la bonne voie. Nous sommes très satisfaits des résultats de l'expérience car nous avons observé le mouvement induit par laser d'une voile légère en graphène, et surtout nous avons eu une super expérience !", a déclaré Davide Stefani, Membre de l'équipe GrapheneX.

Santiago J. Cartamil-Bueno, Chef d'équipe GrapheneX, exprimé que l'expérience et les résultats étaient précieux pour l'équipe. "La leçon la plus importante est qu'il se passera toujours quelque chose, et vous devez être prêt à vous adapter ou à changer, " dit-il. " Je pense qu'à la fin de la journée, il s'agit de l'expérience; vous avez juste besoin de créer de nouveaux défis et d'en tirer des leçons, et soyez prêt à acquérir plus d'expérience et à passer au niveau supérieur."

Bien que l'expérience GrapheneX soit maintenant terminée, l'équipe envisage d'autres tests dans le cadre d'un nouveau et ambitieux projet de recherche, continuer à explorer l'influence de la pression de rayonnement sur les voiles légères en graphène.

Les résultats des deux projets démontrent la polyvalence du graphène et constituent la première étape vers l'élargissement des frontières de la recherche sur le graphène.