Космический мусор становится всё более серьёзной проблемой. С 2019 по 2023 год спутники Starlink компании SpaceX выполнили более 50 000 манёвров уклонения от столкновения на низкой околоземной орбите (НОО – орбита на высоте до 2000 км над Землей).
На НОО объекты движутся со скоростью около 8 км в секунду – быстрее пули. Поскольку уклонение от столкновений становится всё сложнее, учёные всё чаще ищут альтернативные методы борьбы с проблемой космического мусора.
Команда материаловедов из Техасского университета A&M разработала полимер (вещество из крупных молекул) с уникальным свойством самовосстановления. При столкновении с космическим мусором он растягивается достаточно, чтобы позволить объекту пройти насквозь, не вызывая серьёзных структурных повреждений.
Читайте: Создан самый прочный материал для брони со 100 трлн связей на см²
Уникальный материал для космоса
Команда разработчиков назвала свой материал Полимером Дильса-Адлера (ПДА) из-за его динамических ковалентных сетей (способных к перестройке), которые могут рваться и восстанавливаться.
«Хотя в научной литературе уже сообщалось о других сетях Дильса-Адлера, специфическая химия, топология и способность к самовосстановлению нашего ПДА являются новыми», — пояснили учёные в пресс-релизе.
Структура ПДА состоит из длинных полимерных цепей с двойными углеродными связями. Они рвутся при воздействии сильного нагрева и силы, но быстро восстанавливаются при охлаждении, хотя и могут образовывать другую конфигурацию.
Команда материаловедов считает, что новый материал имеет большой потенциал для космических применений. Стоит отметить, что они тестировали его только в лабораторных условиях на наномасштабе.
«Новый полимер, вероятно, найдёт множество применений, в том числе сделает окна космических аппаратов более устойчивыми к воздействию микрометеоритов (мелкие частицы в космосе)», — сказал доктор Эдвин Томас, профессор материаловедения и инженерии.
Потенциальные космические и военные применения
В своём исследовании команда A&M поставила цель разработать материал, способный защитить такие структуры, как орбитальные спутники и космические аппараты, от микрометеоритов и космического мусора.
Протестировав разработанный материал, они пришли к выводу, что он также может быть использован для создания бронежилетов и других военных применений.
«Полимеры — удивительные материалы, особенно материалы типа ПДА», — объяснил Томас. «При низких температурах они жёсткие и прочные; при более высоких становятся эластичными; а при ещё более высоких температурах превращаются в легко текучую жидкость. Это огромный диапазон свойств».
Исследователи подвергли свой полимер новому, современному виду баллистических испытаний (проверка устойчивости к удару), называемому LIPIT (лазерно-индуцированное испытание на удар снарядом; тест лазерным микроснарядом).
Этот метод использует лазер для запуска крошечного снаряда из диоксида кремния диаметром 3,7 микрометра в исследуемый полимер. Всё было записано с помощью сверхвысокоскоростной камеры с выдержкой 3 наносекунды и интервалами съёмки 50 наносекунд.
«Самовосстанавливающийся» полимер
Вначале учёные подумали, что снаряд мог промахнуться мимо полимера во время испытаний, так как не увидели никаких перфораций.
На самом деле, они обнаружили свойство материала к «самовосстановлению». Точнее, их новая твёрдая полимерная плёнка плавится при ударе высокоскоростного снаряда, запущенного лазером. Но после удара она остывает и принимает первоначальную форму.
Согласно заявлению, полимер поглощает «значительную часть кинетической энергии (энергия движения), генерируемой снарядом, заставляя плёнку растягиваться и разжижаться по мере движения снаряда, который в итоге пробивает её насквозь. Как только плёнка пробита, полимер быстро остывает, его ковалентные связи восстанавливаются, и он возвращается в исходное твёрдое состояние, оставляя крошечное отверстие».
Хотя исследователи описывают свои результаты как захватывающее открытие, они подчёркивают тот факт, что пока тестировали ПДА только в наномасштабе. Их материал может вести себя совсем по-другому в макромасштабе (обычные размеры), что означает необходимость дальнейших исследований.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU