火箭发射、1亿欧元的研究计划以及3D打印的未来

MASER 15火箭在瑞典基律纳发射（图片来源：Jean-Charles Dupin）。

火箭发射、太空实验和欧盟有史以来最大的科学研究计划之一：所有这些项目实际上都是在哥德堡市中心的查尔姆斯理工大学繁华的校园内协调的。

作为瑞典最负盛名的大学之一和工程教育的国际领导者，查尔默斯还负责协调石墨烯旗舰计划，这是一项由欧盟资助的1亿欧元研究计划，旨在研究石墨烯的性质和应用。石墨烯是世界上最薄的已知材料，也非常坚固、柔韧和导电，这意味着它具有广泛的当前用途和未来潜力，可用于许多行业的工程项目。石墨烯旗舰公司成立于2013年，正在努力将这种纳米材料带出实验室并投入商业应用。

然而，当石墨烯旗舰成立时，人们并不一定预料到在其存在的第一个十年中，其研究人员不仅会致力于开发地球上的石墨烯应用，而且还会在太空中开发石墨烯应用。

在过去的几年里，石墨烯旗舰研究人员一直在测试如何使用石墨烯来扩展太空旅行的能力，这可能使人类能够进一步、更安全地探索太空，甚至在卫星或其他行星上建立居住地。

石墨烯在空间技术中的当前和潜在用途很多。例如，石墨烯增强的水凝胶可以为航天器创造更好，更耐机械的材料。石墨烯和石墨烯相关材料往往比其他材料更轻、更坚固，这意味着使用石墨烯建造的航天器可能比目前使用的材料更能抵抗太空的恶劣条件，而且更轻，这意味着推动航天器进入轨道所需的燃料更少。

石墨烯旗舰一直在进行各种实验，以在太空和零重力条件下测试石墨烯，这甚至导致与瑞典航天公司合作在瑞典基律纳的Esrange航天中心进行了某些实验。这些实验包括发射研究火箭，其中包含测试石墨烯和石墨烯基墨水在失重条件下的行为的实验。这些实验的结果将为太空中新的增材制造程序的发展提供信息，例如3D打印。这些程序是太空探索的关键，在此期间通常需要更换组件：如果在太空中实现3D打印，这项创新可以让宇航员即使在远离地球的情况下也能创造出他们需要的工具和材料。

空间特定石墨烯旗舰研究的另一个例子是项目合作伙伴Consiglio Nazionale delle Riserche（意大利），布鲁塞尔自由大学空间技术研究和工程中心以及剑桥石墨烯中心（英国）与合作伙伴公司Leonardo共同完成的工作。这些合作伙伴正在共同努力，使用石墨烯增强的环路热管创建一种新的低能耗，低维护的冷却系统，这可以为目前航天器上的热管理技术的局限性提供解决方案。

与此同时，荷兰代尔夫特理工大学（TU Delft）的一个学生团队一直在努力在类似太空的微重力下测试石墨烯，以便将来可能用作航天器推进中的光帆。光帆可以在太空中使用，作为利用来自太阳或地球激光的光推动航天器的手段。当光从表面反射或被表面吸收时，它会施加力，将表面推离光源。石墨烯非常轻巧和坚固，是太阳帆的绝佳候选者。

其他与空间相关的石墨烯旗舰项目包括寻求使用基于石墨烯的技术来克服目前缺乏辐射屏蔽技术的问题。在太空中停留较长时间（即使只有几个月）的宇航员会受到危险的宇宙辐射;而且，目前，没有技术能够保护他们免受这种危害。然而，石墨烯有可能通过开发保护更好的航天器来解决这个问题，甚至通过创造更好的引擎，这将使航天器更快地移动，从而减少宇航员在太空中暴露在辐射下的时间。

石墨烯旗舰研究人员还在研究如何将石墨烯专门用于月球，以应对风化层（也称为“月球尘埃”）带来的持续挑战。风化层具有很强的磨蚀性，自阿波罗任务以来，一直是月球任务必须克服的最大挑战之一。它负责对设备的机械和静电损坏，对宇航员也很危险，堵塞宇航服的关节，遮挡遮阳板并侵蚀保护层。石墨烯和石墨烯基复合材料具有重量轻且极其坚固的显着特性，可用于涂覆设备和保护层，从而更好地保护宇航员及其航天器。

布鲁塞尔自由大学高级研究员、石墨烯旗舰太空冠军Carlo Iorio博士在评估石墨烯改变太空探索的潜力时是坦率的。

“太空探索的新革命正在进行中——我不会轻易使用’革命’这个词，”Iorio博士说。“在过去的七八年里，我们看到国际上对太空重新产生了兴趣，它有可能教会我们更多关于我们自己以外的世界，以及人类未来如何在地球之外生存甚至繁荣。

“包括欧洲航天局、美国宇航局、中国航天局和俄罗斯航天局在内的航天机构目前的目标是在月球上建立一个基地，然后利用它作为前往火星的基地——这个星球可以在（尽管有争议的）地球化的帮助下，有一天支持人类生活。科学家们正在对石墨烯等纳米材料进行与太空相关的研究 – 一种具有巨大未开发潜力的材料 – 都构成了这个更广泛项目的一部分，以帮助人类探索太空并更好地了解我们未来的位置。

回到地球 – 是什么让瑞典成为发射火箭和进行太空研究的理想基地？

瑞典航天公司的系统工程师兼项目经理Marcus Lindh解释说。

“瑞典是一个非常强大的航天国家，自1961年以来就有发射火箭的经验，并在历史上几乎所有主要的太空任务中都提供了工程服务。从北极圈上方的火箭基地Esrange，我们已经发射了近700枚探空火箭，船上的许多实验都是我们与科学家共同开发的。

“远离文明的偏远地区对于进行火箭发射至关重要，因为实际发射过程中涉及危险和声音污染。Esrange确实是进行太空研究和火箭发射的理想场所。

“我们现在已经用石墨烯实验ARLES进行了两次发射，希望还会有更多的发射。通过投入超过40，000个工程小时来开发这些石墨烯实验，我们相信我们可以进一步突破极限，并为未来的更多微重力研究完善它们。

至于哥德堡，这座城市位于这项研究的核心是有道理的。由于查尔姆斯，哥德堡不仅是全球工程界的中心，而且还积极参与可持续发展计划：事实上，根据全球目的地可持续发展指数，哥德堡在撰写本文时已连续四年成为世界上最可持续的城市。石墨烯的可持续性应用意味着这座城市是研究这种突破性材料的合乎逻辑的家园。

随着这座城市及其科学家伸手去寻找星星，这显然是历史上的一个特殊时期。无论哥德堡和石墨烯下一步走向何方，都一定会令人兴奋。