欧洲航天局(ESA)于2025年5月开展的第86次抛物线飞行任务中,一项突破性实验展示了石墨烯与激光技术在太空推进领域的巨大潜力。国际研究团队携带超轻石墨烯气凝胶样品参与此次任务,在模拟太空的失重阶段,利用激光束照射样品,成功观测到材料在微重力环境下的剧烈反应,标志着无燃料推进技术迈出关键一步。
实验在真空舱内进行,一束连续激光射向三个微小的石墨烯气凝胶立方体,高速摄像机透过玻璃管记录了全过程。石墨烯气凝胶结合了石墨烯卓越的导电性与气凝胶的多孔轻质结构,具有极低的密度和优异的机械性能。在地球重力环境下,这些样品几乎保持静止;但在微重力条件下,激光照射瞬间,样品被向前猛烈推动,整个过程仅需30毫秒。ESA负责该项目的科学家Marco Braibanti表示:"反应极其迅速,在极短时间内实现了强加速度,这充分证明了微重力环境能释放光推进技术的速度、推力和距离潜力。"
这项由比利时布鲁塞尔自由大学(ULB)与阿联酋哈利法大学共同主导的研究,成果已发表于《Advanced Science》期刊。实验发现,通过调整激光束的强度,可以精确控制推进效果:激光功率越高,加速度峰值越显著,随后气凝胶会逐渐减速。这一发现不仅验证了光推进的可行性,更揭示了其可控性,为未来太空任务中的精确操作提供了理论依据。
尽管目前仍处于基础科学研究阶段,但结果已表明利用光推动石墨烯气凝胶在太空中不仅可行,而且效率惊人。未来航天技术可能将石墨烯集成于光帆推进系统,或用于小型卫星的姿态调整。新一代气凝胶有望将光能直接转化为动能,从而大幅节省宝贵的,延长任务寿命,并为其他关键设备腾出空间。ESA物理与材料化学工程师Ugo Lafont指出:"我们正开启无推进的未来,超轻石墨烯气凝胶是实验室创新材料的典范,有望在太空中节省大量燃料和载荷。"
此前关于光与石墨烯相互作用的研究已揭示多种运动形式,从悬浮、旋转到宏观与纳米尺度的推进。ESA正通过其"Enable"专项小组深入探索这一潜力,该小组专门评估二维材料在航天领域的综合优势。法国及欧洲航天产业长期重视新材料研发,依托成熟的科研体系与ESA平台,持续推动从实验室到太空应用的转化,为中国航天材料创新提供了重要参考。
这一突破提示中国航天从业者,光推进与二维材料结合正成为前沿方向,未来可关注石墨烯气凝胶在微重力下的动力学特性,探索其在深空探测与卫星集群管理中的无燃料应用潜力,推动我国航天推进技术向绿色、高效方向升级。
