Onderzoekers TU Delft zien in grafeen materiaal voor zonnezeilen

Zij bekijken de mogelijkheden tot toekomstig gebruik als ‘lichtzeil’ voor de voortstuwing van ruimtevaartuigen. Het GrapheneX-team heeft het voorstel voor het experiment vorig jaar oktober met succes ingediend bij het programma Drop Your Thesis! van ESA Education. De teamleden – Santiago Cartamil-Bueno, Rocco Gaudenzi, Davide Stefani en Vera Janssen – zullen van 6 tot 17 november in Bremen hun experiment uitvoeren bij de 146 meter hoge valtoren van het ZARM.

Lichtzeilen kunnen worden gebruikt om ruimtevaartuigen voort te stuwen met behulp van licht van de zon of van lasers op aarde. Wanneer licht wordt gereflecteerd door een oppervlak of erdoor wordt geabsorbeerd, oefent het een kracht uit die het oppervlak wegduwt van de lichtbron. Met deze stralingsdruk kunnen objecten in de ruimte worden voortgestuwd zonder dat er brandstof of gas aan te pas komt.

De van stralingsdruk afkomstige stuwkracht is echter erg zwak. Voor een effectieve voortstuwing moet het lichtzeil een groot oppervlak hebben en zo licht mogelijk zijn. Grafeen is heel licht en sterk en zou een goede kandidaat voor zonnezeilen kunnen zijn. In een experiment waarin de geringe zwaartekracht en het bijna-vacuüm van de ruimte wordt gesimuleerd, wil het GrapheneX-team onderzoeken hoe grafeen als lichtzeil kan werken.

Bij de valtoren van het ZARM wordt het experiment, dat wil zeggen de grafeenzeilen, de lasers en de camera’s, in een capsule geladen en met een katapult naar de top van de toren geschoten. Door het vacuüm in de toren kan de capsule omhoog en omlaag bewegen zonder wrijving of luchtweerstand, zodat de capsule zich praktisch in een toestand van gewichtsloosheid bevindt, met een zwaartekracht die een miljoenste is van de normale zwaartekracht op aarde. Wanneer de capsule versnelt, worden de grafeenzeilen losgelaten in een bijna gewichtloze vrije val. Op dat moment laat het team de laser op de grafeenchip schijnen en wordt de hierdoor gegenereerde druk op het grafeen gedetecteerd. Een belangrijke uitdaging van dit experiment is de automatisering van de procedures van het experiment, zodat de resultaten in de 9,3 seconden vrije val kunnen worden vastgelegd.

Bekijk onderstaande video over het GrapheneX-team.