Команда ученых из Техасского университета A&M разработала уникальный самозаживляющийся полимер Diels-Adler Polymer (DAP), который впервые в мире способен защищать спутники и космические аппараты от высокоскоростного космического мусора, движущегося со скоростью 8 км/с — быстрее пули. Материал, протестированный на наноуровне с использованием передовой технологии лазерного ударного тестирования (LIPIT), демонстрирует способность растягиваться, поглощать энергию удара, плавиться и мгновенно восстанавливаться, оставляя лишь микроскопическое отверстие.
Полимер DAP обладает уникальной структурой с динамическими ковалентными связями, которые разрываются при сильном нагреве или ударе, но быстро восстанавливаются при охлаждении, даже если конфигурация слегка изменяется. При столкновении с микрочастицами, такими как микрометеороиды, материал поглощает кинетическую энергию, растягивается, переходит в жидкое состояние, пропускает объект и затем мгновенно возвращается в твердую форму. «Это первое открытие материала с таким поведением на любом масштабе», — заявила доктор Светлана Сухишвили, профессор кафедры материаловедения Техасского университета A&M. Тестирование с помощью LIPIT, запускающего кремниевые частицы диаметром 3,7 микрометра, показало, что полимер не образует значительных повреждений, оставляя лишь крошечные следы.
Для проверки свойств DAP ученые использовали лазерный метод LIPIT, который имитирует высокоскоростные столкновения в космосе. Ультраскоростная камера с экспозицией 3 наносекунды фиксировала процесс удара с интервалами 50 наносекунд. Изначально исследователи предположили, что частица не попала в цель, так как видимых отверстий не было. Однако анализ показал, что полимер растянулся, расплавился и восстановился, поглотив энергию удара. «Полимер действует как супергерой, мгновенно залечивая свои раны», — отметил профессор Эдвин Томас. На наноуровне материал показал выдающуюся прочность, эластичность при нагреве и текучесть при высоких температурах.
Космический мусор в низкой околоземной орбите (НОО) представляет серьезную угрозу: с 2019 по 2023 годы спутники Starlink выполнили более 50 000 маневров уклонения. DAP может защитить спутники, окна космических кораблей и станции от микрометеороидов и обломков. На Земле материал перспективен для создания легкой и прочной брони, устойчивой к высокоскоростным ударам. «Полимеры DAP уникальны: они жесткие при низких температурах, эластичные при нагреве и текучие при экстремальных условиях», — подчеркнул Томас.
Пока DAP протестирован только на наноуровне, и ученые признают, что его поведение на макроуровне требует дальнейших исследований. Команда планирует масштабировать технологию для реальных космических аппаратов и изучить ее долговечность в условиях космоса.