Le Center for Advanced Two-Dimensional Materials (CA2DM) de l'Université nationale de Singapour (NUS) s'est associé à la société aérospatiale américaine Boreal Space pour tester les propriétés du graphène après son lancement dans la stratosphère. Les résultats pourraient fournir des informations sur la façon dont le graphène pourrait être utilisé pour les technologies spatiales et satellitaires.

"L'utilité du graphène sur Terre a déjà été établie au cours de la dernière décennie. Le moment est maintenant venu d'élargir ses perspectives d'utilisation dans les applications spatiales - un domaine présenté comme étant le plus difficile pour la technologie moderne - et de changer le paradigme de la science des matériaux. L'espace est la dernière frontière pour la recherche sur le graphène, et je crois que c'est la première fois que le graphène entre dans la stratosphère, " a déclaré le chef de projet, le professeur Antonio Castro Neto, Directeur de NUS CA2DM.

Repousser les limites de la recherche sur le graphène

Le graphène bidimensionnel a une combinaison unique d'être extrêmement flexible, plus dur que le diamant, et plus solide que l'acier. Alors que les chercheurs reconnaissent qu'il peut avoir un potentiel pour des applications spatiales, ses utilisations pratiques n'ont pas encore été établies.

"Pour déplacer un vaisseau spatial sur de longues distances dans l'espace, d'énormes accélérations et vitesses qui ne sont possibles qu'avec des équipements de très faible masse sont nécessaires. Le graphène est le matériau idéal car il est parmi les plus légers, pourtant le plus fort, matériaux fonctionnels que nous avons. En outre, les hautes performances électroniques du graphène en font un candidat de choix pour gérer le manque d'oxygène et les basses températures dans l'espace, " a expliqué le professeur Castro Neto.

Pour tester la polyvalence du graphène, une équipe dirigée par le professeur Barbaros Özyilmaz, Responsable de la Recherche Graphène chez NUS CA2DM, préparé le matériau en revêtant un substrat d'une seule couche de graphène d'environ 0,5 nanomètre d'épaisseur, plus de 200 fois plus fin qu'un cheveu humain. L'échantillon a été solidement assemblé dans un CubeSat « Wayfinder—Mini » de l'espace boréal, et placé dans l'enceinte de charge utile de la fusée-sonde.

Le vaisseau spatial a été lancé dans la matinée du 30 juin 2018, sur le désert de Mojave aux États-Unis. L'équipe de lancement de l'espace boréal était responsable du soutien au lancement de la charge utile pendant le décollage, séparation du cône de nez, surveillance pendant le vol, retour en parachute sur terre, impact et récupération.

Lors du lancement, le vaisseau spatial a été envoyé dans un environnement suborbital, et le matériau de graphène a été soumis à des conditions difficiles comme une accélération rapide, vibration, choc acoustique, forte pression et une large gamme de fluctuations de température. L'échantillon est rentré dans l'atmosphère terrestre après un vol de 71 secondes, parachutage à un atterrissage dans le désert de Mojave.

L'échantillon de graphène a été récupéré par l'équipe le même jour, et l'équipe NUS CA2DM effectue des tests pour évaluer si ses propriétés structurelles et sa stabilité ont été affectées pendant le lancement et l'atterrissage. En particulier, l'équipe utilisera des techniques de spectroscopie Raman pour détecter la présence de défauts dans l'échantillon.

« Si cette collaboration de recherche est en mesure de démontrer que le graphène conserve ses diverses propriétés et caractéristiques après avoir été lancé dans un environnement suborbital, cela ouvrira de nouvelles opportunités passionnantes pour que le graphène soit incorporé dans des technologies adaptées aux missions spatiales et aérospatiales. Ces technologies peuvent inclure un blindage électromagnétique, production d'énergie solaire efficace, et une excellente protection thermique, " a déclaré le professeur Castro Neto.

Mme Barbara Plante, Président de l'Espace Boréal, ajoutée, « Nous sommes très enthousiastes à l'idée d'élever le niveau de préparation technologique du graphène et de promouvoir son utilité dans l'espace. Je suis convaincu que le graphène jouera un rôle extrêmement important dans la commercialisation spatiale. Ce lancement et les futurs lancements soutiennent la démonstration des utilisations futures de la technologie à base de graphène. dans l'espace."

En plus de l'expérience sur le graphène NUS, le CubeSat « Wayfinder—Mini » de l'espace boréal a également hébergé des capteurs de champ magnétique en nitrure de gallium fournis par le laboratoire des environnements extrêmes de l'Université de Stanford (XLab). L'équipe de Stanford cherche non seulement à obtenir des données expérimentales importantes telles que la survie de la charge de lancement et l'intégrité du signal électronique, mais aussi des informations sur les interférences magnétiques, réduction du bruit et effets du rayonnement sur leurs capteurs.

Suite à cette mission conjointe, connu sous le nom de GRASP (GRaphene And Stanford Payloads), L'espace boréal continue d'offrir des possibilités d'orbite suborbitale et terrestre basse pour tester et valider la capacité de survie et l'opérabilité de la charge utile dans l'environnement spatial.