La versatilidad del grafeno llega a las aplicaciones espaciales
El grafeno posee propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas únicas, que alientan a los investigadores a explorar la utilidad de esta red bidimensional de carbono puro. Investigadores y estudiantes de la iniciativa de investigación Graphene Flagship, en colaboración con la Agencia Espacial Europea (AEE), han descubierto un potencial adicional para el material que lo hace adecuado para su uso en aplicaciones espaciales, incluidas la propulsión lumínica y la gestión térmica. Los resultados producidos por esta sinergia bien orquestada constituyen el primer paso hacia la ampliación de las fronteras de la investigación del grafeno. Navegación en el espacio gracias al grafeno Breakthrough Starshot es un proyecto de investigación e ingeniería de Breakthrough Initiatives que tiene como objetivo desarrollar una flota de prueba de concepto de vehículos espaciales de propulsión lumínica con velas solares que alcanzará el sistema estelar Alfa Centauri en un plazo de veinte años tras su lanzamiento. Un equipo de estudiantes de posgrado de Graphene Flagship en la Universidad Técnica de Delft (los Países Bajos) que participa en el programa Drop Your Thesis! de la Oficina de Educación de la AEE dio un primer paso hacia este ambicioso objetivo. El programa les brindó la oportunidad de realizar un experimento de microgravedad en la torre de caída libre del Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM, por sus siglas en alemán) de Bremen con el objetivo de evaluar el potencial del grafeno como material para las velas solares empleadas como sistema de propulsión en vehículos espaciales. Para crear las condiciones de microgravedad necesarias, se dejó que una cápsula que contenía cámaras, láseres y grafeno se precipitara por una torre de 150 metros de alto, lo que le confirió 4,5 segundos de ingravidez. La presión de radiación de la luz láser de alta potencia sobre la membrana de grafeno propició que la vela se moviera. El equipo cuantificó este desplazamiento con un microscopio para determinar el empuje en las velas de grafeno. «Para lograr una propulsión eficaz, las velas solares deben poseer una gran superficie pero, al mismo tiempo, ser lo más ligeras posible. El grafeno cumple con estos requisitos, ya que es muy ligero y resistente, y puede aplicarse sobre una superficie grande», señala el profesor Andrea Ferrari, director de Ciencia y Tecnología de Graphene Flagship en la Universidad de Cambridge (el Reino Unido). El grafeno difunde el calor Los investigadores de los institutos asociados de Graphene Flagship de la Universidad Libre de Bruselas (ULB, Bélgica), la Universidad de Cambridge (el Reino Unido), la Unidad de Bolonia del Consejo Nacional de Investigación Italiano (CNR, Italia) y Leonardo (Italia) diseñaron un experimento para evaluar cómo los recubrimientos a base de grafeno pueden mejorar la eficiencia de los sistemas de refrigeración de los satélites utilizando las propiedades térmicas únicas del material. El profesor Ferrari explica: «El grafeno se utiliza en lo que se conoce como tuberías de calor de circuito cerrado, que son bombas que mueven un fluido sin necesidad de piezas mecánicas. Esto tiene una gran importancia para las operaciones espaciales ya que no hay desgaste ni necesidad de mantenimiento. Por ejemplo, las tuberías de calor de circuito cerrado pueden transportar el calor de los sistemas electrónicos calientes de los satélites al espacio». El material fue llevado a bordo de un vuelo parabólico en el avión Novespace Zero-G, en el que se crean condiciones de microgravedad a intervalos de unos veinticuatro segundos cada vez. El equipo realizó seis vuelos, cada uno consistente en treinta y un arcos parabólicos, a fin de alcanzar en total más de una hora de microgravedad. «El grafeno a bordo soportó estas condiciones y exhibió un buen rendimiento. Los experimentos demostraron que el grafeno mejoraba la presión capilar del fluido en la mecha metálica en un 40 %, y la tasa de evaporación en un 800 %», señala el profesor Ferrari. Ambos experimentos supusieron una demostración excepcional del diverso potencial del grafeno, que ahora ha ampliado sus límites al establecer su utilidad en el espacio. Basándose en los resultados prometedores, Graphene Flagship continúa desarrollando y optimizando dispositivos de grafeno para aplicaciones en condiciones espaciales reales.
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