Bright Business

Delftse promovendi willen met nieuw ruimtezeil het heelal in

Frederique Dormaar • 19 juli 2017 06:06 @dormaar

Delftse promovendi willen met nieuw ruimtezeil het heelal in
Onderzoekers maken een capsule klaar voor lancering in de valtoren Beeld © ZARM

Is het mogelijk om ruimteschepen te maken die geen brandstof meer nodig hebben, maar op het licht door het heelal zeilen? Promovendi van de TU Delft proberen dat mogelijk te maken en daarvoor gebruiken ze het wondermateriaal grafeen.

Ruimtevaartuigen hebben nu nog brandstof nodig om zich te verplaatsen, maar met lichtzeilen heb je geen brandstof of gas meer nodig om het voertuig te laten accelereren.

Zo’n lichtzeil werkt als volgt: licht van de zon of van lasers op aarde komt op het zeil terecht. Het licht wordt gereflecteerd door het oppervlak of juist geabsorbeerd, waardoor het licht zo'n kracht uitoefent op het zeil dat het van de lichtbron wordt weggeduwd.

Kilometers groot zeil

Er is al veel geëxperimenteerd met lichtzeilen. Tot nu toe zijn die zeilen meestal gemaakt van kevlar. In 2005 is het eerste zonnezeilvaartuig door Russen gelanceerd, maar dit liep op niets uit. Het project Ikaros zweeft nog wel in de lucht.

Een nadeel van lichtzeilen is dat de stuwkracht erg zwak is. Daarom moet het lichtzeil een heel groot oppervlak hebben. Denk aan een diameter van honderden meters tot enkele kilometers. Ook moet het zeil heel licht zijn.

Het racket van Novak Djokovic

Delftse promovendi werken nu aan lichtzeilen van een ander materiaal: grafeen. Onderzoeker Vera Janssen: "Ons team heeft eigenlijk geen ruimtevaartachtergrond. Wij komen uit de fundamentele natuurkunde en werken veel met grafeen. Ineens kwam het bij ons als gek idee op dat grafeen heel geschikt zou zijn voor het maken van een lichtzeil."

Grafeen is een soort wondermateriaal: het is flexibel, transparant, sterk, extreem geleidend en het dunste materiaal ter wereld. Het racket van toptennisser Novak Djokovic bevat bijvoorbeeld grafeen, maar de toepassingen zijn oneindig. Het zit in grafiet, waarvan bijvoorbeeld ook potlood is gemaakt. "Grafeen is eigenlijk een heel dun, tweedimensionaal laagje potlood. Als je met potlood een streep zet en daar een aantal keer plakband opplakt en weer vanaf haalt, krijg je grafeen." 

In 2015 ontdekten onderzoekers van de Nankai University in China bij toeval dat dit supermateriaal licht omzet in beweging. En daarmee willen de Delftse onderzoekers nu verder aan de slag.

Met een katapult naar de top

Het GrapheneX-team van de TU Delft, bestaande uit vier promovendi, wil grafeen als zonnezeil gaan testen. Het team won een thesiswedstrijd van ESA Education en mag als prijs dit najaar een test gaan doen in Bremen. Daar staat een 146 meter hoge valtoren waarin een ruimteachtige, gewichtsloze omgeving kan worden gesimuleerd. 

De grafeenzeilen, lasers en camera's worden in een capsule gezet en die wordt met een katapult naar de top van de toren geschoten. Door het vacuüm in de toren is de zwaartekracht is er nihil en de capsule vrijwel gewichtsloos. De vrije val duurt 9,3 seconde, dus dat is de tijd dat de onderzoekers de grafeenzeilen kunnen testen.

Geen enorme afstanden

Verwacht daarbij nog geen enorme afstanden: de zeilen die worden getest, zouden door de stralingsdruk van het laserlicht ongeveer twee millimeter moeten verplaatsen. Het team gaat verschillende kleuren laserlicht gebruiken en meet de stuwkracht met een microscoop.

Vera Janssen verwacht dat we binnen twintig jaar een capsule met een grafeenzeil in de ruimte kunnen zien. "Technologisch is er eigenlijk niets dat ons tegenhoudt. Het is alleen heel duur om zo'n groot oppervlak te maken van grafeen. Je moet er speciaal fabrieken en machines voor laten bouwen."

Mark Zuckerberg en Stephen Hawking

Een club van machtige mensen is twee jaar geleden met een eigen ruimtevaartproject gestart, Breakthrough Initiatives. Onder meer de miljardairs Yuri Milner uit Rusland, Mark Zuckerberg van Facebook en natuurkundige Stephen Hawking​​ zijn erbij betrokken. "Zij willen met een vergelijkbare lichtcapsule de ruimte in. Hierdoor kan de ontwikkeling van lichtzeilen met behulp van grafeen een vlucht gaan nemen."

Bron • RTL Z / Frederique Dormaar

Gerelateerde artikelen