直径3mm、质量为0.25毫克的石墨烯光帆在1W激光照射下“起航”。原型机采用石墨烯微膜设计，减少了整体质量，同时保持帆的整个区域的功能。图片来源:圣地亚哥·何塞·卡塔米尔·布埃诺博士

　　“发现时代”(15 ~ 17世纪)的海外探索和贸易是通过航海技术实现的，而“新空间时代”的深空探索也需要同样的技术。然而，这一次，新帆将在光线而不是风的作用下移动，为此，这些轻帆需要非常大、薄、轻、反射性强。

　　欧洲航天局支持的研究人员展示了微重力条件下石墨烯帆的激光推进技术，这对人类来说是一次轻松的飞跃。

　　让我在群星之间玩耍

　　2012年，美国国家航空航天局(NASA)的旅行者1号(Voyager 1)在经过35年121天文单位(181亿公里，112.5亿英里)的旅程后离开太阳系，对深空的物理探索成为现实。如果旅行者1号航行到半人马座阿尔法星，距离我们最近的恒星系统的系外行星，在26万天文单位，人类将不得不等待几十千年，并希望航天飞机保留一些力量到那时到达我们。

　　在微重力条件下，不同颜色的激光推动石墨烯帆。视频可在该出版物的补充材料中找到。来源:规模纳米技术

　　正如JAXA的IKAROS任务(2010年)和最近行星协会的光帆2号(2019年)所展示的那样，使用光帆作为推进系统是最有希望实现快速和廉价太空旅行的想法之一。船帆不仅不需要燃料来移动，而且还节省了相应的昂贵重量和油箱的重量。不幸的是，光辐射压力(光子的动量传递)只有在风帆足够大(从几平方米到数千平方米)且质量极小的情况下才能提供相应的加速度，而且目前使用的材料在扩大尺寸时受到限制。

　　“石墨烯是解决方案的一部分，”SCALE纳米技术总监兼石墨烯帆团队负责人Santiago J. Cartamil-Bueno博士说。“我们展示了一种新颖的风帆设计，通过使用穿孔薄膜来减少风帆的整体质量。通过用CVD石墨烯覆盖孔，帆的整个区域又可以以最小的质量成本获得光学性能。制造过程相对简单，可以很容易地扩大到平方公里，尽管在太空中部署这样一个巨大的帆将是一个严峻的挑战。”

　　V?llig losgel?st, von der Erde

　　在欧空局的支持下，研究人员获得了ZARM Drop塔在不莱梅(德国)，以测试石墨烯帆在类似太空的条件。在这里，实验在一个自由落体太空舱中进行，以确保高质量的微重力环境吸入(<10- 6g)数秒。当小尺寸的帆原型在失重状态下漂浮时，它们被1W激光照射，并开始以高达1m /s的加速度移动2．

　　GrapheneSail团队在ZARM Drop Tower(德国不来梅)，从左至右:Davide Stefani博士、Santiago J. Cartamil-Bueno博士和Rocco Gaudenzi博士。图片来源:Davide Stefani博士

　　Dr. Thorben K?nemann, ZARM Drop Tower运营和服务公司的副科学总监，说:“我们非常高兴能够支持有远见和有前途的实验概念。石墨帆团队的成功再次强调了不莱梅发射塔的能力——不仅为基础研究提供了良好的微重力环境，而且是空间技术的第一块跳板和试验台，没有复杂的在轨操作。”

　　即使是对于这样一个突破性的倡议，使用这类设施也不是小事。幸运的是，欧空局在欧洲航天技术中心的物理科学协调员阿斯特丽德·奥尔博士对此有不同的看法:“这个项目是一个很好的科学研究的例子，它可以在欧空局的地面空间模拟平台(这里是微重力)上进行，对欧空局未来的太空飞行和探索计划也有很大的潜力。”

　　圣地亚哥·j·卡塔米尔·布埃诺博士开玩笑说:“我们想在SpaceX之前起航去火星，但现在我们要脚踏实地。”目前，石墨烯帆正在通过欧洲航天局商业孵化器中心黑森和Baden-Württemberg进行开发，我们正在寻找更多的战略合作伙伴，使我们能够扩大技术规模，最终在太空中进行测试。”也许这是石墨烯起飞的最后倒计时。

　　参考文献:Rocco Gaudenzi, Davide Stefani和Santiago Jose Cartamil-Bueno“微重力环境下石墨烯栅格帆的光诱导推进”，2020年4月20日，宇航学报。DOI: 10.1016 / j.actaastro.2020.03.030