抛物线飞行试验表明，在以往的所有实验中，重力几乎掩盖了石墨烯气凝胶全部的光驱动推进能力。
(Nanowerk Spotlight) 当受到激光束照射时，石墨烯气凝胶会发生位移。这些超轻多孔碳结构每立方厘米仅重百分之一克，能够吸收光能并将其转化为定向推力。这种效应的产生源于受光面升温而内部保持低温，这种温差驱动残余气体分子通过材料的孔隙，从而推动结构向前移动。
这种超低质量与光驱动推力的结合，直接解决了航天飞行中一个长期存在的工程难题。小型卫星需要机动能力，但传统推进器会增加质量、复杂性，且燃料供应有限。一种仅需受光照射即可产生推力的材料提供了根本不同的解决方案，研究人员已利用薄膜设计在微重力环境下成功演示了石墨烯帆的激光推进。
但具有更高结构灵活性和可调孔隙结构的块状石墨烯气凝胶，此前仅在正常重力环境下进行过测试——此时样品静置于表面，摩擦力消耗了大部分光生推力。测试结果并不理想：推力仅为微牛顿级，位移微小，响应时间迟缓。
发表在《Advanced Science》上的一项研究《Light‑Driven Propulsion of Graphene Aerogels in Microgravity》现已表明，问题在于重力，而非材料本身。研究人员利用欧洲航天局第86次抛物线飞行任务对石墨烯气凝胶进行测试，对比了同一批样品在微重力与常重力环境下的表现。在失重环境下，推力大约增加了50倍，峰值速度提高了近30倍，响应时间缩短了60%至75%。事实证明，地面实验测得的数值仅是该材料实际性能的微弱残余。
实验在执行陡峭抛物线飞行轨迹的飞机上进行，该飞行轨迹在自由落体阶段可创造约20秒的近失重状态。研究人员将石墨烯气凝胶试样置于真空室内的锥形玻璃管中，并从下方用5瓦绿色激光照射。高速摄像机以每秒400帧的速度记录了由此产生的运动。
(a) 抛物线飞行示意图。(b) 飞机上实验装置的数字图像。（图片来源：转载自 DOI:10.1002/advs.75050，CC BY）
在微重力环境下，气凝胶几乎瞬间作出响应。激光照射后0.03秒内，初始推力脉冲即达到0.6 mN，样品加速至1.7 m s⁻¹的峰值速度。而在正常重力条件下，同一批样品产生的最大推力仅为11 µN，约为微重力环境下的五分之一，峰值速度也仅为0.06 m s⁻¹。在消除重力和表面摩擦后，那些在地面上几乎无法测量的光诱导力，成为了运动的主要驱动力。
自2015年首次报道利用激光驱动石墨烯运动用于推进以来，关于这些力背后的物理机制一直存在争议。最初的解释认为电子从表面被弹出并产生反冲，但后续研究表明这种力要小五个或更多数量级。
热力学机制与实验数据吻合得更好。当气凝胶吸收激光时，由于材料导热性差，只有薄薄的表层会升温。在激光脉冲作用下，热量仅穿透样品厚度的极小一部分，从而在样品前后形成陡峭的温度梯度。
这种温差驱动了两种互补效应：一是克努森泵送效应，即流经加热孔隙的气体分子在高温侧传递的动量多于低温侧；二是光致迁移力，即外表面两侧的温差产生不均匀压力，从而推动结构向前移动。这两者共同作用，沿梁的方向产生净推力。
这些气凝胶的制备过程是将膨胀石墨分散于水中，在高压下进行剥离，然后对所得分散液进行冷冻干燥，以保留多孔的三维网络结构。通过改变初始石墨烯浓度，研究人员制备了三种密度和孔隙结构略有不同的样品。这使他们能够探究结构如何影响推进效果。
研究结果表明，这种关系并非单调递增。密度最高的样品实现了最大的位移和速度，但中等密度的样品产生了最高的峰值推力。孔径大小解释了这种权衡关系。中等密度的样品孔隙足够大，可实现高效的气体流动，但又足够小，能维持网络内部陡峭的热梯度。
孔隙过细会降低热泵机制的效率，而孔隙率最高的样本则缺乏实现强气体-表面耦合所需的结构连通性。最终，介于最轻与最密之间的结构，而非极轻或极密方案，展现出了最佳的推进性能。
随着激光功率从最大值的60%逐渐增加至99%，三种气凝胶均表现出日益强烈的响应，且未见饱和迹象。在每个功率水平下，样品的排名均保持一致，这证实了光强可作为调节性能的控制参数，而气凝胶的孔隙结构则决定了相对推力效率。
在微重力环境下测得的推力提升了50倍，这改变了光驱动石墨烯推进技术的工程前景。0.6 mN的推力已进入适用于小型卫星微推进及姿态控制执行器的范围。
基于纳米材料的航天器光帆推进概念已证明，超轻碳结构可被低功率激光推动；而当前研究结果表明，在可调性和结构稳健性比最小面质量更为重要的场合，多孔石墨烯气凝胶可作为此类方法的补充方案。
孔隙结构可独立于密度进行优化的发现，为根据特定的推力和响应时间要求定制这些材料提供了设计依据。
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