Graphene Flagship Partners University of Cambridge (UK) und Université Libre de Bruxelles (ULB, Belgien) haben sich mit dem Mohammed bin Rashid Space Center (MBRSC, Vereinigte Arabische Emirate) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zusammengetan, um Graphen auf dem Mond zu testen . 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 entfernt erkundeten Gebiet auf der Mondvorderseite landen – der Seite, die immer der Erde zugewandt ist. Während eines Mondtages, der etwa 14 Tagen auf der Erde entspricht, wird sich Rashid auf der Mondoberfläche bewegen und interessante geologische Merkmale untersuchen.
Die Rashid-Rover-Räder werden verwendet, um verschiedene Materialien wiederholt der Mondoberfläche auszusetzen. Als Teil dieses Experiments zur Erkennung von Materialadhäsion und Abrieb werden Verbundwerkstoffe auf Graphenbasis auf den Rädern des Rovers verwendet, um zu verstehen, ob sie Raumfahrzeuge vor den rauen Bedingungen auf dem Mond und insbesondere vor Regolith (auch als „Mondstaub“ bekannt) schützen können. .
Regolith besteht aus extrem scharfen, winzigen und klebrigen Körnern und ist seit den Apollo-Missionen eine der größten Herausforderungen, die Mondmissionen bewältigen mussten. Regolith ist für mechanische und elektrostatische Schäden an Geräten verantwortlich und daher auch für Astronauten gefährlich. Es verstopft die Gelenke von Raumanzügen, verdunkelt die Visiere, erodiert Raumanzüge und Schutzschichten und ist ein potenzielles Gesundheitsrisiko.
Forscher der University of Cambridge vom Cambridge Graphene Centre stellten Verbundwerkstoffe aus Graphen/Polyetheretherketon (PEEK) her. Die Wechselwirkung dieser Komposite mit dem Mondregolith (Boden) wird untersucht. Die Proben werden über eine optische 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 abrasiven Belastungen durch Regolith auf die Proben zu untersuchen.
Diese Mondmission erfolgt kurz nach der ESA-Ankündigung der Astronautenklasse 2022, darunter Meganne Christian vom Graphene-Flaggschiff, eine Forscherin am Institut für Mikroelektronik und Mikrosysteme (IMM) des National Research Council of Italy, Partner des Graphene-Flaggschiffs.
„In der Lage zu sein, die Fortschritte des Mondfahrzeugs 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, welcher von ihnen unter solchen Bedingungen am widerstandsfähigsten ist. Dies wird unser Verständnis verbessern wie Verbundwerkstoffe auf Graphenbasis beim Bau zukünftiger Schiffe auf der Mondoberfläche verwendet werden könnten“, sagt Sara Almaeeni, Leiterin des MBRSC-Wissenschaftsteams, die das Kommunikationssystem von Rashid entwickelt hat.
„Neue Materialien wie Graphen haben das Potenzial, die Weltraumforschung grundlegend zu verändern. In Kombination mit den auf dem Mond verfügbaren Ressourcen werden fortschrittliche Materialien Strahlenschutz, elektronische Abschirmung und mechanische Beständigkeit gegen die raue Umgebung des Mondes ermöglichen.“ Der Rover Rashid 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, im MAterials Science Experiment getestet 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) umfasste Beiträge der Graphene Flagship Partners University of Cambridge (UK), University of Pisa (Italien) und Trinity College Dublin (Irland), mit vielen internationalen Mitarbeitern, darunter die Aix-Marseille University (Frankreich), die Technische Universität Darmstadt (Deutschland), die York University (Kanada), die Université de Liège (Belgien), die University of Edinburgh und Loughborough.
Dieses Experiment wird neue Informationen über das Drucken von GMR-Tinten 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 könnten aus funktionalen Tinten hergestellt werden.
„Unsere Experimente zur Abscheidung von Graphen und verwandten Materialien 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 der wichtigsten Herausforderungen angehen, die durch die raue Mondumgebung entstehen“, sagt Yarjan Abdul Samad, von die Universitäten Cambridge und Khalifa, die die Proben präparierten und die Interaktionen mit den Vereinigten Arabischen Emiraten koordinierten.
„Das Graphene-Flaggschiff steht an der Spitze der Untersuchung von Graphen und verwandten Materialien (GRMs) für Weltraumanwendungen. Im November 2022 wurde das erste Mitglied des Graphene-Flaggschiffs in die ESA-Astronautenklasse berufen. Wir sahen den Start einer Höhenforschungsrakete zu Testzwecken Druck 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 Graphene-Flaggschiff-Untersuchungen. Es ist daher ziemlich bezeichnend, dass diese innovativen Materialien im Vorfeld des 10-jährigen Bestehens des Flaggschiffs nun auf der Mondoberfläche getestet werden sollen Angesichts der anhaltenden Bemühungen, Astronauten zum Mond zurückzubringen, mit dem Ziel, Mondsiedlungen zu errichten, ist dies zeitgemäß.
„In Kombination mit Polymeren können GRMs die mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften der jeweiligen Wirtsmatrizen maßschneidern. Diese bahnbrechenden Experimente könnten den Weg für eine weit verbreitete Einführung von GRM-verbesserten Materialien für die Weltraumforschung ebnen“, sagt Andrea Ferrari, Wissenschafts- und Technologiebeauftragter und Vorsitzender des Management Panels des Graphene Flaggschiffs.