Пора в космос: графен успешно прошёл первые испытания в невесомости
Революционный и легендарный чудо-материал – графен – уже довольно хорошо изучен (хотя физики продолжают открывать всё новые необычные свойства). Однако раньше никто не задавался вопросом, как графен будет "чувствовать себя" в космосе? Исследователи из Кембриджского университета (Великобритания) провели первую в своём роде серию экспериментов, чтобы изучить поведение графена в невесомости и понять, как с его помощью можно оптимизировать работу спутников. Работа велась совместно с Европейским космическим агентством и коллаборацией Graphene Flagship. Команда отправилась в пораболический полёт на специальном самолёте; такие полёты позволяют сымитировать условия отсутствия гравитации. Первым "экзаменом" графена стала проверка потенциала в системах охлаждения для спутников. "Одним из потенциальных применений графена является применение в космосе, и это первый случай, когда графен был протестирован в условиях, приближенных к космическим", – рассказывает профессор Андреа Феррари (Andrea Ferrari). Напомним, что графен – это двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом. Такая особенность наделяет материал массой полезных свойств, среди которых твёрдость, прозрачность, жаропрочность, чрезвычайно низкая теплопроводность. Благодаря этому сферы использования графена практически безграничны – от создания гибкой электроники до поиска взрывчатки и очистки воды. В своём эксперименте исследователи попробовали улучшить производительность систем охлаждения космических аппаратов, используя термические свойства графена. "Мы используем графен в так называемых петлевых трубах (их изготавливают из углеродистой или нержавеющей стали и используют для защиты от перегрева – прим. ред.). Это насосы, которые перемещают жидкость и которым не нужны какие-либо механические детали, поэтому нет износа, что очень важно для применения в космосе", – поясняет Феррари. Его коллеги отмечают, что основная цель ракетостроителей и инженеров сегодня – увеличить срок службы и повысить автономию космических спутников и зондов. Графен может помочь в этом: его планируется использовать для создания более надёжных петлевых труб, которые смогут автономно работать в космосе. В петлевой трубе испарение и конденсация жидкости используются для транспортировки тепла из нагретых электронных систем в космос. Давление, получаемое в ходе цикла "испарение-конденсация", заставляет жидкость протекать через замкнутые системы, обеспечивая непрерывное охлаждение. Основным элементом петлевой трубы является металлический фитиль, где жидкость испаряется в газ. Для экспериментов металлический фитиль специалисты покрыли графеном, за счёт чего эффективность работы трубы повысилась двумя способами. Во-первых, термические свойства графена улучшили передачу тепла, во-вторых, пористая структура графенового покрытия усилила взаимодействие фитиля с жидкостью, а это, в свою очередь, повысило давление, и жидкость стала течь быстрее. После многообещающих лабораторных тестов новых систем учёные приступили к испытаниям в псевдокосмических условиях на борту самолёта Zero-G. Чтобы создать условия отсутствия гравитации, судно совершает серию параболических манёвров, каждый из которых даёт учёным 23 секунды невесомости. Во время полёта покрытые графеном фитили снова продемонстрировали отличную производительность, повысив эффективность переноса тепла и жидкости в трубах (результаты превзошли показатели классических систем). Команда продолжит разрабатывать и оптимизировать покрытия для "запчастей" спутников и зондов и с использованием графена. Следующий шаг – создание прототипа новой петлевой трубы, которая в будущем станет частью спутника или космической станции, заключают авторы. Напомним, что ранее российские физики научились делать в графене нанопоры заданного размера. Также учёные создали графеновый аэрогель с невероятными свойствами.
