Tim istraživača pokazao je da ultralaki grafenski aerogeli obasjani laserom u mikrogravitaciji generišu znatno jači i brži potisak nego pod 1 g. U mikrogravitaciji registrovan je vršni potisak do ~600 μN i vršna brzina ~1,7 m/s, dok su pri 1 g vrednosti bile daleko manje (~11 μN, ~0,06 m/s). Autori objašnjavaju efekat gasno-termalnim silama (Knudsenovo pumpanje, fotoforeza) i navode potencijalne primene u solarnim jedrima i preciznoj kontroli stava malih satelita.
Grafen Na Laseru: Kako Ultralaki Aerogeli Mogu Pokrenuti Pogon Za Buduće Svemirske Misije
Graphene aerogels shot forward under laser light in microgravity, hinting at fuel-free propulsion for future spacecraft. (CREDIT: AI-generated image / The Brighter Side of News)
Mali crni kockasti uzorak grafenskog aerogela pomerio se gotovo momentalno kada ga je obasjao laser — snimak nastao tokom parabolnog leta pokazuje kako svetlost može direktno izazvati snažan nalet ubrzanja u mikrogravitaciji. Eksperiment tima sa Université Libre de Bruxelles i Khalifa University, sproveden tokom ESA-ine 86. parabolne kampanje (maj 2025.), otkriva obećavajuću mehaniku svetlosno pokretanog potiska u ultralakoj, poroznoj formi grafena.
Inside a vacuum chamber, a continuous laser fired at three tiny graphene aerogel cubes, while a high-speed camera captured every moment through glass tubes. (CREDIT: ESA)
Ključni rezultati
U uslovima bliske mikrogravitacije, mali uzorci (10 × 10 × 5 mm) u vakuumskoj komori (< 10−4 mbar) obasjani zelenim laserom (532 nm, 5 W) iskusili su nagle i jake impulse: pomeranje do ~0,05 m za ~0,05 s, vršna brzina ~1,7 m/s i vršni potisak reda ~600 μN (0,6 mN) u roku od ~0,02–0,03 s. Za poređenje, pri 1 g isti uzorci su pokazali tek ~0,015 m pomeranja, vršnu brzinu ~0,06 m/s i vršni potisak ~11 μN.
Graphene and lasers experiment setup. (CREDIT: ESA)
Uzorci i varijabilnost
Tim je testirao tri gustine aerogela (AG-10, AG-15, AG-20). AG-20 je obično dao najveće pomeranje i brzinu, dok je AG-15 dao najveće vršno ubrzanje (~102 m/s² u mikrogravitaciji) i najveći vršni potisak u nekim merenjima. Autori opisuju nemonoton odnos između gustine i performansi — struktura pora i termalna svojstva su odlučujući faktori, ne samo masa.
Graphene aerogels up close. (CREDIT: ESA)
Mehanizam potiska
Autori smatraju da sam pritisak fotona nije dovoljan da objasni zapaženi potisak. Umesto toga, objašnjenje uključuje gasno-posredovane termalne sile: Knudsenovo pumpanje kroz poroznu mrežu i fotoforetički efekti na spoljnjoj površini usled asimetričnog zagrevanja. Prednji deo uzorka se brzo zagreje dok unutrašnjost ostaje hladnija desetinama milisekundi, što stvara strujanje gasa i pritisne razlike koje generišu neto potisak — u mikrogravitaciji taj potisak slobodno pomera uzorak.
Graphene experiment on parabolic flight. (CREDIT: ESA)
Podesivost i ograničenja
Potisak je bio kontrolisan snagom lasera: veća izlazna snaga obično je dovodila do većeg pomeranja, brzine i vršnog potiska, bez jasnih znakova zasićenja pri ~99% maksimalne snage koja je bila dostupna. Ipak, istraživanje ima važna ograničenja: merenja su fokusirana na prvih 10–30 ms nakon laserskog impulsa (pre kontakta sa zidovima tube), parabolni eksperimenti su sprovedeni pri skoro fiksnom pritisku komore, i primećena je varijabilnost između pojedinačnih snimaka (shot-to-shot) kao i povremeni prekidi u snimanju.
„Reakcija je bila brza i žestoka. Pre nego što bi iko stigao da trepne, grafenski aerogeli su doživeli velika ubrzanja. Sve je završeno za oko 30 milisekundi“, rekao je Marco Braibanti (ESA).
Potencijalne primene
Autori i inženjeri iz ESA-e ističu primene u fuducnosti: precizno pomeranje i kontrola stava malih satelita, manji sistemi za finiogramu manevrisanje i čak dopuna ideja za light-driven solarnu jedra. Takvi sistemi bi mogli smanjiti potrošnju goriva i osloboditi masu za naučne instrumente. Ipak, potrebno je dodatno istraživanje kako bi se optimizovala struktura pora, termalna svojstva i režimi rada pri različitim pritiscima i temperaturama.
„Otvaramo put ka budućnosti bez upotrebe potrošnog pogonskog materijala. Ultralaki grafenski aerogeli su primer materijala koji može uštedeti gorivo i hardver u svemiru“, rekao je Ugo Lafont (ESA).
Zaključak: Iako je istraživanje još u ranoj fazi, pokazani efekti su jasni i interesantni: svetlo može inducirati merljiv i podesiv potisak u grafenskim aerogelima u mikrogravitaciji. Sledeći koraci uključuju sistematično ispitivanje uticaja pritiska, geometrije pora i dugoročnih ponašanja uzoraka kako bi se procenila stvarna upotrebljivost u svemirskim misijama.
Rezultati su objavljeni u časopisu Advanced Science.
Pomozite nam da budemo bolji.
