Il grafene va nello spazio e sulla Luna
Dopo l’annuncio che Meganne Christian della Graphene Flagship è stata selezionata come nuovo astronauta dell’ESA, la Flagship ha altre entusiasmanti novità relative allo spazio. Nuovi esperimenti missilistici e lunari che coinvolgono il grafene stanno informando l’esplorazione dello spazio.
Graphene Flagship Partners Università di Cambridge (Regno Unito) e Université Libre de Bruxelles (ULB, Belgio) hanno collaborato con il Mohammed bin Rashid Space Center (MBRSC, Emirati Arabi Uniti) e l’Agenzia spaziale europea (ESA) per testare il grafene sulla Luna . Questo sforzo congiunto vede il coinvolgimento di molti partner internazionali, come Airbus Defence and Space, Khalifa University, Massachusetts Institute of Technology, Technische Universität Dortmund, University of Oslo e Tohoku University.
Il lancio del rover Rashid è previsto per il 30 novembre 2022 da Cape Canaveral in Florida e atterrerà su un’area geologicamente ricca e, finora, solo esplorata a distanza sul lato vicino della Luna, il lato che è sempre rivolto verso la Terra. Durante un giorno lunare, equivalente a circa 14 giorni sulla Terra, Rashid si muoverà sulla superficie lunare indagando interessanti caratteristiche geologiche.
Le ruote del rover Rashid verranno utilizzate per l’esposizione ripetuta di diversi materiali alla superficie lunare. Nell’ambito di questo esperimento di rilevamento dell’adesione e dell’abrasione dei materiali, verranno utilizzati compositi a base di grafene sulle ruote del rover per capire se possono proteggere il veicolo spaziale dalle dure condizioni sulla Luna, e in particolare dalla regolite (nota anche come “polvere lunare”) .
La regolite è composta da grani estremamente affilati, minuscoli e appiccicosi e, sin dalle missioni Apollo, è stata una delle più grandi sfide che le missioni lunari hanno dovuto superare. La regolite è responsabile di danni meccanici ed elettrostatici alle apparecchiature ed è quindi pericolosa anche per gli astronauti. Intasa le giunture delle tute spaziali, oscura le visiere, erode le tute spaziali e gli strati protettivi ed è un potenziale pericolo per la salute.
I ricercatori dell’Università di Cambridge del Cambridge Graphene Center hanno prodotto compositi grafene/polietere etere chetone (PEEK). Sarà studiata l’interazione di questi compositi con la regolite lunare (suolo). I campioni saranno monitorati tramite una telecamera ottica, che registrerà filmati durante la missione. I ricercatori dell’ULB raccoglieranno informazioni durante la missione e suggeriranno aggiustamenti al percorso e all’orientamento del rover. Le immagini ottenute saranno utilizzate per studiare gli effetti dell’ambiente lunare e le sollecitazioni abrasive della regolite sui campioni.
Questa missione lunare arriva subito dopo l’annuncio dell’ESA della classe di astronauti del 2022, tra cui Meganne Christian della Graphene Flagship, ricercatrice presso Graphene Flagship Partner, l’Istituto di microelettronica e microsistemi (IMM) del Consiglio nazionale delle ricerche italiano.
“Essere in grado di seguire i progressi del rover lunare in tempo reale ci consentirà di tracciare come l’ambiente lunare influisce su vari tipi di compositi di grafene-polimero, permettendoci così di dedurre quale di essi è più resistente in tali condizioni. Ciò migliorerà la nostra comprensione di come i compositi a base di grafene potrebbero essere utilizzati nella costruzione delle future navi di superficie lunare”, afferma Sara Almaeeni, responsabile del team scientifico dell’MBRSC, che ha progettato il sistema di comunicazione di Rashid.
“Nuovi materiali come il grafene hanno il potenziale per cambiare le regole del gioco nell’esplorazione dello spazio. In combinazione con le risorse disponibili sulla Luna, i materiali avanzati consentiranno la protezione dalle radiazioni, la schermatura elettronica e la resistenza meccanica all’asprezza dell’ambiente lunare. Il rover Rashid sarà la prima opportunità per raccogliere dati sul comportamento dei compositi di grafene all’interno di un ambiente lunare”, afferma Carlo Iorio, Graphene Flagship Space Champion, di ULB.
In vista della missione sulla Luna, una varietà di inchiostri contenenti grafene e materiali correlati, come grafene conduttore, nitruro di boro esagonale isolante e ossido di grafene, disolfuro di molibdeno semiconduttore, preparati dall’Università di Cambridge e ULB sono stati testati anche sull’esperimento scientifico MAterials Missione Rocket 15 (MASER 15), lanciata con successo il 23del novembre 2022 dall’Esrange Space Center in Svezia. Questo esperimento, denominato ARLES-2 (Advanced Research on Liquid Evaporation in Space) e supportato dalle agenzie spaziali europee e britanniche (ESA, UKSA), includeva contributi di Graphene Flagship Partners Università di Cambridge (Regno Unito), Università di Pisa (Italia) e Trinity College Dublin (Irlanda), con molti collaboratori internazionali, tra cui Aix-Marseille University (Francia), Technische Universität Darmstadt (Germania), York University (Canada), Université de Liège (Belgio), University of Edinburgh e Loughborough.
Questo esperimento fornirà nuove informazioni sulla stampa di inchiostri GMR in condizioni di assenza di peso, contribuendo allo sviluppo di nuove procedure di produzione che creano dipendenza nello spazio come la stampa 3D. Tali procedure sono fondamentali per l’esplorazione dello spazio, durante la quale sono spesso necessari componenti sostitutivi e potrebbero essere fabbricati con inchiostri funzionali.
“I nostri esperimenti sulla deposizione di grafene e materiali correlati in condizioni di microgravità aprono la strada alla produzione di dipendenza nello spazio. Lo studio dell’interazione della regolite lunare con i compositi di grafene affronterà alcune sfide chiave poste dal duro ambiente lunare”, afferma Yarjan Abdul Samad, delle Università di Cambridge e Khalifa, che ha preparato i campioni e coordinato le interazioni con la United Arab Emirati.
“The Graphene Flagship sta guidando la ricerca sul grafene e sui materiali correlati (GRM) per le applicazioni spaziali. Nel novembre 2022, il primo membro della Graphene Flagship è stato nominato nella classe degli astronauti dell’ESA. Abbiamo visto il lancio di un razzo sonoro per testare la stampa di una varietà di GRM in condizioni di gravità zero e il lancio di un rover lunare che testerà l’interazione dei compositi a base di grafene con la superficie lunare. Compositi, rivestimenti e schiume a base di GRM sono stati al centro delle indagini di Graphene Flagship sin dall’inizio. È quindi abbastanza significativo che, fino al 10 ° posto della Flagshipanniversario, questi materiali innovativi devono ora essere testati sulla superficie lunare. Ciò è tempestivo, dato lo sforzo in corso per riportare gli astronauti sulla Luna, con l’obiettivo di costruire insediamenti lunari. Se combinati con i polimeri, i GRM possono adattare le proprietà meccaniche, termiche ed elettriche delle matrici ospitanti. Questi esperimenti pionieristici potrebbero aprire la strada all’adozione diffusa di materiali potenziati con GRM per l’esplorazione spaziale”, afferma Andrea Ferrari, responsabile della scienza e della tecnologia e presidente del comitato di gestione della Graphene Flagship.
CREDITO
John Charles Dupin