Graphen auf dem Weg ins Weltall und zum Mond

Graphene Flagship Partners University of Cambridge (UK) und Université Libre de Bruxelles (ULB, Belgien) haben mit dem Mohammed bin Rashid Space Center (MBRSC, Vereinigte Arabische Emirate) und der European Space Agency (ESA) zusammengearbeitet, um Graphen auf den Mond zu bringen Prüfung. An dieser gemeinsamen Anstrengung sind viele internationale Partner beteiligt, darunter Airbus Defence and Space, die Khalifa University, das Massachusetts Institute of Technology, die Technische Universität Dortmund, die University of Oslo und die Tohoku University.

Der Rashid-Rover soll am 1. Dezember 2022 von Cape Canaveral in Florida starten und auf einem geologisch reichen und bisher nur abgelegen erforschten Gebiet auf der Mondvorderseite landen – der Seite, die immer der Erde zugewandt ist Während eines Mondmonats, was ungefähr 14 Tagen auf der Erde entspricht, wird Rashid auf der Erde sein Mondoberfläche um interessante geologische Merkmale zu untersuchen.

Die Rashid-Rover-Räder werden für wiederholte Expositionen verschiedener Materialien auf der Mondoberfläche verwendet. Als Teil dieses Experiments zur Erkennung von Materialadhäsion und Abrieb, Graphen-basierte Verbundwerkstoffe auf den Rover-Rädern werden verwendet, um zu verstehen, ob sie das Raumfahrzeug vor der Dose schützen harten Bedingungen auf dem Mond und insbesondere gegen Regolith (auch bekannt als „Mondstaub“).

Regolith besteht aus extrem scharfen, kleinen und zähen Körnern und ist seit den Apollo-Missionen eine der größten Herausforderungen, die Mondmissionen zu bewältigen hatten. Regolith ist für mechanische und elektrostatische Schäden an Geräten verantwortlich und damit auch für Astronauten gefährlich. Es verstopft die Fugen von Raumanzügen, verdunkelt die Visiere, erodiert Raumanzüge und Schutzschichten und ist ein potenzielles Gesundheitsrisiko.

Forscher der Cambridge University vom Cambridge Graphene Centre haben Verbundwerkstoffe aus Graphen/Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt. Die Wechselwirkung dieser Komposite mit dem Mondregolith (Boden) wird untersucht. Die Proben werden von einer optischen Kamera überwacht, die während der gesamten Mission Filmmaterial aufzeichnet. ULB-Forscher sammeln während der Mission Informationen und schlagen Anpassungen an Bahn und Ausrichtung des Rovers vor. Die erhaltenen Bilder werden verwendet, um die Auswirkungen der Mondumgebung und der Regolith-Scherspannung auf die Proben zu untersuchen.

Diese Mondmission erfolgt kurz nach der ESA-Ankündigung der Astronautenklasse 2022, darunter Meganne Christian von Graphene Flagship, eine Forscherin am Institute of Microelectronics and Microsystems (IMM) des National Research Council of Italy, einem Partner von Graphene Flagship.

„In der Lage zu sein, den Fortschritt des Mond-Rover in Echtzeit zu verfolgen, wird es uns ermöglichen, zu verfolgen, wie sich die Mondumgebung auf verschiedene Arten von Graphen-Polymer-Verbundwerkstoffen auswirkt, wodurch wir ableiten können, welche von ihnen unter solchen Bedingungen am widerstandsfähigsten sind. verbessert unser Verständnis davon, wie Verbundwerkstoffe auf Graphenbasis können beim Bau zukünftiger Mondoberflächenfahrzeuge verwendet werden“, sagte Sara Almaeeni, Leiterin des MBRSC-Wissenschaftsteams, die das Kommunikationssystem von Rashid entwickelt hat.

„Neue Materialien wie Graphen haben das Potenzial, bahnbrechend zu sein Platz Erkundung. In Kombination mit den auf dem Mond verfügbaren Ressourcen werden fortschrittliche Materialien Strahlungsabschirmung, elektronische Abschirmung und mechanische Beständigkeit gegen die raue Mondumgebung ermöglichen. Der Rashid-Rover wird die erste Gelegenheit sein, Daten über das Verhalten von Graphen-Verbundwerkstoffen in einer Mondumgebung zu sammeln“, sagt Carlo Iorio, Graphene Flagship Space Champion von der ULB.

Im Vorfeld der Mondmission wurden auch eine Vielzahl von Tinten, die Graphen und verwandte Materialien enthalten, wie leitfähiges Graphen, isolierendes hexagonales Bornitrid und Graphenoxid, halbleitendes Molybdändisulfid, hergestellt von der University of Cambridge und der ULB, getestet Materialwissenschaftsexperiment. Mission Rocket 15 (MASER 15), erfolgreich gestartet am 23. November 2022 vom Esrange Space Center in Schweden.

Dieses Experiment mit dem Namen ARLES-2 (Advanced Research on Liquid Evaporation in Space) und unterstützt von europäischen und britischen Raumfahrtagenturen (ESA, UKSA) hat Beiträge von Graphene Flagship Partners University of Cambridge (UK), University of Pisa (Italien) und Trinity darunter das College Dublin (Irland) mit vielen internationalen Mitarbeitern, darunter die Universität Aix-Marseille (Frankreich), die Technische Universität Darmstadt (Deutschland), die York University (Kanada), die Université de Liège (Belgien), die Universität Edinburgh und Loughborough.

Dieses Experiment wird neue Informationen über das Drucken von GMR-Tinte unter schwerelosen Bedingungen liefern und zur Entwicklung neuer süchtig machender Herstellungsverfahren im Weltraum wie dem 3D-Druck beitragen. Solche Verfahren sind der Schlüssel für die Weltraumforschung, bei der häufig Ersatzkomponenten benötigt werden, und können aus funktionalen Tinten hergestellt werden.

„Unsere Experimente zu Graphen und verwandten Materialabscheidungen in der Mikrogravitation ebnen den Weg für eine süchtig machende Fertigung im Weltraum. Die Untersuchung der Wechselwirkung von Mond-Regolith mit Graphen-Verbundwerkstoffen wird einige zentrale Herausforderungen angehen, die durch die raue Mondumgebung verursacht werden“, sagt Yarjan Abdul Samad, von Cambridge und Khalifa Universities, die die Proben präparierten und die Interaktionen mit den Vereinigten Arabischen Emiraten koordinierten.

„Das Graphene-Flaggschiff steht an vorderster Front bei der Erforschung von Graphen und verwandten Materialien (GRMs) für Weltraumanwendungen. Im November 2022 haben wir das erste Mitglied des Graphene-Flaggschiffs in die ESA-Astronautenklasse aufgenommen. Wir haben die gesehene Höhenforschungsrakete gestartet Testdruck einer Vielzahl von GRMs unter Schwerelosigkeitsbedingungen und der Start eines Mond-Rover, der die Wechselwirkung von Verbundwerkstoffen auf Graphenbasis mit der Mondoberfläche testen wird.

„Verbundstoffe, Beschichtungen und Schäume auf Basis von GRMs standen von Anfang an im Mittelpunkt der Graphen-Flaggschiff-Untersuchungen. Es ist daher sehr aufschlussreich, dass diese innovativen Materialien jetzt vor dem 10-jährigen Jubiläum des Flaggschiffs auf der Mondoberfläche getestet werden sollten. Es ist an der Zeit , angesichts der laufenden Bemühungen, Astronauten zum Mond zurückzubringen, mit dem Ziel, Mondsiedlungen zu errichten.

„In Kombination mit Polymeren können GRMs die mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften bestehender Wirtsmatrizen maßschneidern Weltraumforschung“, sagt Andrea Ferrari, Wissenschafts- und Technologiebeauftragte und Vorsitzende des Graphene Flagship Management Panel.