Graphen erstmals für Satelliten-Kühlung getestet
Neuer Forschungsansatz bewährt sich im Parabelflug-Experiment
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Andrea Ferrari während des Parabelflugs (Foto: graphene-flagship.eu) |
Cambridge (pte003/02.02.2018/06:10) Forscher haben im Rahmen einer Kollaboration des EU-Forschungsprojekts "Graphene Flagship" http://graphene-flagship.eu mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA http://esa.int erstmals den Einsatz von Graphen bei Schwerelosigkeit getestet. Im Rahmen von Parabelflügen konnten sie zeigen, dass das Kohlenstoff-Material tatsächlich vielversprechend für den Einsatz in gängigen Satelliten-Kühlsystemen ist. Als nächstes sollen langfristige Tests, beispielsweise an Bord der Internationalen Raumstation, folgen.
Kühlung im Weltraum
Das atomdünne Kohlenstoff-Material Graphen ist flexibel, robust und ein guter Strom- und Wärmeleiter. Dank seiner Eigenschaften gilt es als heißer Kandidat für Anwendungen im Weltraum. "Dies ist das erste Mal, dass Graphen unter weltraumähnlichen Bedingungen getestet wurde", sagt Andrea Ferrari, Leiter des Cambridge Graphene Centre http://www.graphene.cam.ac.uk . Im Rahmen von Parabelflügen, bei denen für bis zu 23 Sekunden praktisch Schwerelosigkeit herrscht, haben er und seine Kollegen getestet, wie sich Graphen als Teil eines gängigen Kühlsystems für Satelliten bewährt.
"Wir nutzen Graphen in sogenannten Loop Heat Pipies (LHPs)", erklärt Ferrari. In LHPs verdampft eine Flüssigkeit durch die Aufnahme der Abwärme von elektrischen Systemen im Satelliten und kondensiert, wenn sie diese Wärme in den Weltraum abführt. Dabei bewegt sich die Flüssigkeit nur aufgrund der Kapillardrücke im geschlossenen Kreislauf. LHPs kommen also ohne mechanische Pumpen aus. "Es gibt also keinen Verschleiß, was für Weltraumanwendungen sehr wichtig ist", so Ferrari. Die Parabelflug-Experimente haben gezeigt, dass Graphen diese Kühlsysteme tatsächlich effektiver macht.
Wärme schneller loswerden
Das Kernstück einer LHP ist nämlich eine poröse metallische Struktur, in der die Flüssigkeit verdampft. Eine Graphenbeschichtung dieses Elements brachte zwei Vorteile. Erstens verbessert sich die Wärmeübertragung von Systemen in die Metallstruktur. Zweitens verbessert die poröse Struktur von Graphen die Wechselwirkung zwischen Leiterstruktur und Flüssigkeit. Der Kapillardruck steigt und die Flüssigkeit bewegt sich schneller.
Im Rahmen der Parabelflug-Experimente haben LHPs mit einer Graphenbeschichtung daher Wärme besser abgeführt als unbehandelte. Das haben vielversprechende Experimente bestätigt. Zudem liefern die gewonnenen Daten die Basis für eine weitere Optimierung der Beschichtung vor Tests im Weltraum. "Der nächste Schritt wird sein, an einem Prototypen zu arbeiten, der in einem Satelliten oder auf der Raumstation zum Einsatz kommen könnte", sagt Ferrari.
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