Lasery by jednoho dne mohly otáčet slunečními plachtami a přesně přizpůsobovat pozici sond v hlubším vesmíru díky grafenu. Experiment ukázal, že tento inovativní materiál má potenciál provést skutečnou revoluci v pohonech mimo naši planetu. Mezinárodní výzkumný tým nastoupil v květnu 2025 na palubu 86. kampaně parabolických letů Evropské kosmické agentury s ultralehkými grafenovými aerogely a poté je ve fázích mikrogravitace ostřeloval světlem a sledoval jejich reakce v podmínkách podobných skutečnému kosmickému prostředí. Účinek laseru během těchto krátkých fází mikrogravitace byl překvapivý a velmi výrazný: vzorky grafenu se okamžitě a prudce vymrštily vpřed.
Zdroj: https://www.esa.int/
Ve vakuové komoře byl stálý laserový paprsek zaměřený na tři malé kostky z grafenového aerogelu. Rychloběžná kamera pak přes skleněné trubice zaznamenávala celý průběh experimentu. Grafenové aerogely jsou ultralehké, vysoce porézní materiály, které kombinují mimořádnou elektrickou vodivost grafenu se strukturálními výhodami architektury aerogelů. Silné mechanické vlastnosti si udržují navzdory své velmi nízké hustotě. Právě spojení nízké hmotnosti, vysoké poréznosti a dobré vodivosti z nich dělá mimořádně zajímavý a technologicky slibný materiál pro další laboratorní i aplikovaný výzkum. „Jejich reakce byla rychlá a zběsilá. Než jste vůbec začali mrkat, už grafenové aerogely zažily velké zrychlení. Všechno to proběhlo během 30 milisekund,“ vysvětluje Marco Braibanti, vědec agentury ESA zapojený do experimentu Light-driven propulsion of graphene aerogels in microgravity (světlem vyvolaný pohon grafenových aerogelů v mikrogravitaci).
Tuto studii vedli výzkumníci z belgické ULB (Université Libre de Bruxelles) a Khalifa University ve Spojených arabských emirátech. V klasických zemských podmínkách se aerogely sotva vůbec pohnuly. Výsledky publikované v Advanced Science demonstrovaly, že mikrogravitace odemyká potenciál světelného pohonu pro grafenové aerogely z hlediska rychlosti, tahu i dosažené vzdálenosti. Dalším důležitým zjištěním byla schopnost řídit pohon vyladěním světelného paprsku. Ukázalo se tedy, že rozhodující není jen samotný materiál, ale také přesné nastavení podmínek, intenzity a způsobu ozáření. „Čím silnější byl laser, tím větší bylo zrychlení. Laserové pulsy vyvolávají ostré akcelerační špičky, po kterých aerogely zpomalují,“ doplňuje Marco Braibanti.
Zdroj: https://www.esa.int/
Ačkoliv jde stále o základní výzkum, tyto nadějné výsledky ukazují, že využití světla k pohonu grafenových aerogelů v kosmickém prostoru je nejen možné, ale také mimořádně efektivní. Mezi budoucí kosmické technologie s vestavěným grafenem mohou patřit třeba pohony sluneční plachty či systémy pro řízení orientace malých družic v prostoru. Aerogely příští generace mohou převádět světlo do pohybu, šetřit palivo ovlivňující výdrž kosmických misí a uvolňovat více prostoru pro další technologie. To by v budoucnu mohlo přinést lehčí, úspornější a konstrukčně jednodušší kosmické systémy s menšími nároky na palivo i hardware. „Otevíráme novou cestu pro budoucnost pohonů bez pohonných látek. Ultralehké grafenové aerogely jsou perfektním příkladem inovativního materiálu vytvořeného v laboratoři, který nám může ušetřit velké množství pohonných látek a hardwaru v kosmickém prostoru,“ uvádí Ugo Lafont, materiálový fyzik a chemický inženýr Evropské kosmické agentury.
Předešlé výzkumy zaměřené na interakci světla s grafenem odhalily široké spektrum pohybů, které se táhne od levitace a rotace po velkoformátové i mikroskopické pohony. Evropská kosmická agentura momentálně prozkoumává tento potenciál s využitím týmu Enable topic. Tato pracovní skupina již také vyhodnocuje plný rozsah přínosů spojených s 2D materiály a jejich možné uplatnění v budoucích kosmických technologiích a různých typech misí.
Zdroj: https://www.esa.int/
Přeloženo z:
https://www.esa.int/
Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/27189575-1-eng-GB/Light_hits_graphene_aerogel.gif
https://www.esa.int/…/27190035-1-eng-GB/Graphene_aerogels_up_close.png
https://www.esa.int/…/27189622-1-eng-GB/Graphene_and_lasers_experiment_setup.png
https://www.esa.int/…/27189528-1-eng-GB/Graphene_experiment_on_parabolic_flight.jpg
Může mi někdo znalý prosím vysvětlit, co je tak překvapujícího na tom, že když ve vakuu a mikrogravitaci na něco vyšlu laserový paprsek, že se to pohne. Vůbec jsem z tohoto článku nepochopil v čem by měla být převratnost tohoto experimentu.
Děkuji.
Taky jsem to z toho nepochopil. Tak jsem si pomohl Ájou:
1. Radiační tlak vs. to, co se stalo v experimentu
Tlak fotonů je extrémně slabý. Aby standardní solární plachta získala citelné zrychlení, musí mít desítky metrů čtverečních a vážit zlomky gramů. V tomto experimentu ale laser ozařoval makroskopické kostky grafenového aerogelu.
2. Mechanismus pohonu (není to plachta)
Grafenový aerogel v tomto případě nefunguje jako odrazová plocha (zrcadlo), ale spíše jako motor. Pravděpodobným vysvětlením je fotoelektrický jev nebo tepelná desorpce. Laserové světlo z grafenu doslova „vystřeluje“ elektrony nebo zbytkové molekuly plynu zachycené v jeho vysoce porézní struktuře (hustota jen 0,01 g/cm³).
3. Proč je mikrogravitace klíčová?
V běžných pozemských podmínkách (1 g) je tento efekt téměř nepozorovatelný, protože jej přebije tření a vlastní hmotnost materiálu. V experimentu na palubě Airbusu A300 Zero-G se ukázalo, že v prostředí mikrogravitace se grafen chová úplně jinak:
Takže, kdyby si kosmická sonda nesla dostatek grafenového aeorgelu, zdroj energie a laser, měla by funkční motor. Zbývá jen otázka, jak velký specifický impuls by tento motor měl…
Proto bych i já rád víc informací, takhle vyvstávají nové otázky Maxipsa Fíka, jako např.:“Hele, Ájo, a to teda znamená, že se to zároveň spotřebovává jako palivo? A jak dlouho to pak vydrží?““A co až to ponese něco těžšího než samo sebe, nezmizí ten efekt jak tady na Zemi?““Půjde to používat nasměrováním ke Slunci nebo na to budeme svítit laserem ze Země nebo obojí?“Zkrátka je to velmi zajímavý nápad, hodně se mi líbí, ale zatím je spousta otázek…
Sorry, mám pocit, že čtu některý článek na Oslovi. Formulace „..reakce byla rychlá a zběsilá. Než jste vůbec začali mrkat, už grafenové aerogely zažily velké zrychlení“. Nebo „laserové pulsy vyvolávají ostré akcelerační špičky, po kterých aerogely zpomalují,“ – mimochodem, proč by měly zpomalovat? To není kritika Kosmonautixu, ale zdroje.
Prosim, nedelejte tyto genericke a bezobsazne clanky. Je radost cist clanek, ktery napise odbornik, na to jsme na kosmonautixu byli zvykli, latka byla nastavena dobre. Ale je utrpeni cist „Mihulka style“ clanky, k cemuz tento radim. Dekuji moc.
Generické a bezobsažné? Nevím, co se vám nelíbí. Je to překlad článku přímo z webu ESA.