دانشمندان در حال توسعه پلیمرهای خود ترمیمی و مواد جدید برای محافظت از ماهواره‌ها در برابر زباله‌های فضایی هستند که با سرعت بالایی در فضا حرکت می‌کنند. این مواد جدید که توسط محققان در دانشگاه‌های مختلف ساخته شده‌اند، می‌توانند به طور قابل توجهی ایمنی و طول عمر ماهواره‌ها را افزایش دهند. تحقیقات فعلی بر روی آزمایش این مواد در فضا و ارزیابی عملکرد آنها متمرکز است.
بین سال‌های ۲۰۱۹ و ۲۰۲۳، ماهواره‌های استارلینک شرکت اسپیس‌ایکس بیش از ۵۰ هزار مانور در ارتباط با اجتناب از برخورد در مدار پایین زمین (LEO) که اشیا با سرعت تقریبی ۸ کیلومتر در ثانیه پرواز می‌کنند، انجام دادند.
روش‌های جایگزین برای مقابله با مشکل زباله‌های فضایی و برای محافظت از ماهواره‌ها در برابر زباله‌های فضایی
یک گروه از دانشمندان علم مواد در دانشگاه A&M تگزاس پلیمری با خاصیت خودترمیمی منحصر به فرد توسعه داده‌اند که هنگام اصابت با زباله‌های فضایی، به اندازه‌ای خود را کش می‌دهد تا جسم از آن عبور کند، بدون اینکه آسیب ساختاری عمده‌ای ایجاد کند. این تیم، ماده خود را به دلیل شبکه‌های پیوند کووالانسی دینامیکی که می‌توانند شکسته و دوباره تشکیل شوند، پلیمر دیلز-آلدر (DAP) نامیدند.
محققان دریافته‌اند که ماده جدید DAP با وجود وجود شبکه‌های دیلز-آلدر (Diels-Alder) در متون علمی، دارای شیمی، توپولوژی (Topology) و ویژگی‌های خودترمیمی منحصربه‌فردی است. این ویژگی‌های خاص، DAP را از سایر مواد متمایز می‌کند و می‌تواند کاربردهای جدیدی در حوزه‌های مختلف، از جمله مواد با قابلیت خودترمیمی و سازه‌های پیشرفته، ایجاد کند.
سوتلانا سوخیشویلی (Svetlana Sukhishvili)، استاد گروه علوم و مهندسی مواد دانشگاه A&M، می‌گوید: «این اولین بار است که یک ماده در هر مقیاسی این رفتار را نشان می‌دهد.»
ادوین توماس (Edwin Thomas)، استاد علوم و مهندسی مواد، ادامه می‌دهد: «این پلیمر جدید کاربردهای زیادی مانند مقاوم‌تر کردن پنجره‌های وسایل نقلیه فضایی در برابر هجوم ریزشهاب‌ها خواهد داشت.»
این تیم در تحقیقات خود به دنبال توسعه ماده‌ای بود که بتواند از سازه‌هایی مانند ماهواره‌های مداری و وسایل نقلیه فضایی در برابر ریزشهاب‌ها و زباله‌های فضایی محافظت کند. آنها پس از آزمایشات متعدد روی این ماده، متوجه شدند که می‌توان از آن برای ساخت زره و سایر کاربردهای نظامی روی زمین نیز استفاده کرد.
توماس می‌گوید: «پلیمرها، به ویژه مواد DAP در دماهای پایین، سفت و قوی هستند و در دماهای بالاتر کشسان می‌شوند. این مواد در دماهای بسیار بالاتر به یک مایع روان تبدیل می‌شوند. این یک دامنه وسیع از رفتار خواص است.»
این تیم پلیمر خود را در معرض نوع جدید و پیشرفته‌ای از آزمایش بالستیک موسوم به LIPIT قرار دادند. در این آزمایش، یک جسم کوچک از جنس سیلیکا با قطر ۳/۷ میکرومتر با استفاده از لیزر به سمت پلیمر هدف پرتاب می‌شود. این فرآیند با استفاده از یک دوربین فوق‌سریع ثبت شد. در ابتدا، دانشمندان تصور کردند که ممکن است جسم پرتاب‌شده در طول آزمایش به پلیمر برخورد نکرده باشد؛ زیرا هیچ حفره‌ای مشاهده نکردند. در واقع، آنها موفق به کشف خواص خودترمیمی این مواد شدند.
این تیم دریافتند که نوار پلیمری جامد جدید آنها هنگام برخورد با یک جسم پرسرعت پرتاب شده توسط لیزر ذوب می‌شود. پس از برخورد، خنک می‌شود و به شکل اصلی خود بازمی‌گردد. طبق بیانیه این تیم، این پلیمر بخش زیادی از انرژی جنبشی تولید شده توسط جسم پرتاب‌شده را جذب می‌کند و باعث می‌شود که نوار کشیده شده و به مایع تبدیل شود. جسم پرتاب‌شده به مسیر خود ادامه می‌دهد و در نهایت حفره‌ای را در نوار ایجاد می‌کند.
سپس پلیمر به سرعت خنک می‌شود. پیوندهای کووالانسی آن دوباره تشکیل می‌شوند و به حالت جامد اولیه خود بازمی‌گردد و یک حفره کوچک باقی می‌گذارد. محققان تاکید می‌کنند: «آنها فقط DAP را در مقیاس نانو آزمایش کرده‌اند. ماده آنها ممکن است در مقیاس ماکرو رفتار بسیار متفاوتی داشته باشد، به این معنی که تحقیقات بیشتری لازم است.»