Uzay endüstrisini yeterince uzun süre takip ettiğinizde, uydularda veya fırlatma araçlarında meydana gelen çok büyük sayıdaki yıkıcı arızaların izinin fiziksel olarak küçük ama her yerde bulunan bir parçaya, yani valflere dayandığını fark edeceksiniz.
Valfler, uzay aracının mimarisinde helyum ve itici gazlar gibi basınç maddelerinin akışını düzenleyen kritik bir rol oynar. Fırlatma araçlarında da bulunabilirler ve sayılarına göre bu sistemlerdeki en yaygın alt bileşenlerden biridir. Bu gerçek, bu hafta, Astrobotic’in, Peregrine ay iniş aracının, görevi sonlandıran bir itici güç sızıntısı nedeniyle (muhtemelen yeniden kapatılamayan bir valften kaynaklandığı) aya yumuşak iniş girişiminde bulunamayacağını duyurmasıyla net bir şekilde ortaya çıktı.
Ancak Astrobotic, test sırasında veya yörüngedeyken valf sorunları nedeniyle görevi yarım kalan tek uzay şirketi değil. Boeing’in büyük görev gecikmeleriyle karşı karşıya kaldı Valf sorunları nedeniyle Starliner mürettebatlı kapsülünün ikinci yörünge test uçuşu için ve 2019’da SpaceX’in Crew Dragon’u Yer testi sırasında patladı Tahrik sistemindeki sızdıran bir valf nedeniyle.
Uzay araçları için tahrik sistemleri geliştiren Vermont merkezli bir girişim olan Benchmark Space Systems’in CTO’su Jake Teufert, “Bir valfi mutsuz etmenin binlerce farklı yolu var” dedi.
Bin bile yetersiz bir ifade olabilir. Genel olarak vanalar, çalıştırıldıktan sonra tekrar yerine oturması gereken ve bir contaya kapanması gereken bir pistondan oluşur. Uzay aracı tasarımcısı ve GravityLab’ın kurucusu Grant Bonin, “Bununla ilgili herhangi bir sorun varsa, yanlış kapanabilir ve sızıntılara neden olabilir” dedi.
Ancak bu açıklama yanıltıcı olacak kadar basittir. Havacılık valfleri ultra yüksek hassasiyetle üretilmeli, mümkün olduğunca hafif olmalı ve aşırı sıcaklıklara, aşırı sıvılara, aşırı titreşim ortamlarına ve bazen inç kare başına binlerce pound’a kadar aşırı basınçlara dayanabilmelidir. Vanaların ayrıca ultra düşük sızıntı gereksinimlerine sahip olması gerekir; Teufert, bazı vanaların 200 yıl boyunca yalnızca bir gram helyum sızıntısına eşdeğer izin verilen sızıntı oranlarına sahip olduğunu söyledi.
Mühendislerin ve valf üreticilerinin mücadele etmesi gereken temel fiziksel gerçekler işleri daha da karmaşık hale getiriyor. Örneğin, bazı yakıtlar ve oksitleyiciler belirli valf contası polimerleriyle uyumsuzdur ve kimyasal uyumsuzluk, korozyon veya çatlama gibi sorunlara yol açabilir. Mühendisler aynı zamanda bir valfi tıkayabilecek veya düzgün sızdırmazlığı engelleyebilecek en küçük döküntü veya yabancı madde parçacığı olan “yabancı nesne kalıntısına” veya FOD’a karşı da dikkatli olmalıdır. Küçük sızıntılar bile kontrolden çıkma etkilerine neden olabilir çünkü hızla genişleyen gaz, nesneleri soğur ve bu da vanayı kabul edilebilir sıcaklık aralığının dışına çıkarabilir.
Teufert, mühendislerin uzay aracını yerde bir dizi testten geçirdiklerini, ancak uçuş ortamının yalnızca bir dereceye kadar eşleştirilebileceğini açıkladı.
“Kesinlikle çalkalayıcı masasına bir şey atabilir ve [vibration] Ancak bunu aynı zamanda tamamen basınç altındayken ve oksitleyici buharlara maruz kalırken yapmıyor olabilirsiniz, ki uçuş sırasında olan da budur” dedi. “Çoğu test evi, bir çalkalayıcı masasına dolu bir nitrojen tetroksit deposu koyarsanız, size ‘hayır’ değil, ‘kesinlikle hayır’ diyecektir.”
Günün sonunda mühendisler inanılmaz derecede uzun bir arıza modları listesiyle karşı karşıya kalırlar ve bir noktada teste olan güvenlerini belirlemeleri gerekir. Ayrıca şirketlerin tasarım, satın alma ve inşaat ile tüm program marjlarını tüketerek test departmanına en fazla program baskısını bırakması alışılmadık bir durum değil.
Bonin, “Şirket içinde cironuz olduğunda ve bir sürü farklı tedarikçiyle çalıştığınızda, yeterince test yapmamak ve bu sorunlardan bazılarını gözden kaçırmak çok kolay olabilir” dedi.
Şunu düşünmek cazip gelebilir: Neden ek bir vana eklemiyorsunuz ki, açılmazsa yedek olsun? Ancak iki valf (veya herhangi bir ek alt bileşen) eklemek, tek valfle asla elde edemeyeceğiniz tamamen yeni arıza modları yaratabilir.
Diğer konu ise tedarik zinciri. SpaceX’in Starlink programından, Amazon’un Kuiper’inden, OneWeb’den ve yeni ortaya çıkan tüm uzay girişimleri yelpazesinden çıkan nispeten yüksek hacimli uzay aracına rağmen, uzay aracı alt bileşenleri hala seri üretimden çok çok uzak.
Bonin, “Temelde sorun, uzayın kitlesel bir pazar olmamasıdır” dedi. “Havacılık sektöründen herhangi biri seri üretimden söz ettiğinde kıkırdıyorum çünkü bazen orta hacimli işler yapıyoruz ama gerçekten seri üretim olan hiçbir şey yapmıyoruz. Dolayısıyla bu şirketlerin yüksek öncelikli müşterileri değiliz.” Teufert de bu düşünceleri yineleyerek şöyle dedi: “Bir endüstri olarak, eğer havacılık ve uzaya özgü bir şey varsa, hâlâ zanaatkâr, el işi donanım olma noktasındayız ve bu kesinlikle valflere kadar uzanıyor.”
Nispeten küçük ürün hacimleri nedeniyle, üretim hâlâ büyük ölçüde ısmarlama yapılıyor; pek çok valf, belirli tahrik sistemleri veya uzay araçları için çok küçük seriler halinde üretiliyor. Ancak tedarikçilerin yetkinliğinin zaman içinde istikrarlı olması pek mümkün değil çünkü süreç çok butik ve kabile bilgisine çok fazla dayanıyor.
Teufert, “Her yıl büyük, gerçek bir seri üretim gerçekleştirdikleri bir şey varsa, o valfin veya diğer bileşenin zaman içinde güvenilir bir şekilde nasıl yapılacağına dair harika süreçlere ve iyi dağıtılmış bilgilere sahipler” dedi. “Bu niş pazar için yılda 10 adet ürettikleri garip küçük havacılık valfi ise [made by] Bob adında 60’lı yaşlarının başında olan ve bir ayağı emeklide olan bir adam. Bunları birkaç yılda bir yapıyor ve sonra Bob gidiyor ve tüm kabile bilgisi kapıdan çıkıyor çünkü Bob’un emrine girecek kimse yoktu. Bunu bir sürü bileşende gördüm.”
Kuşkusuz bu her program için geçerli değildir; örneğin geçen yaz valf tasarımcısı ve üreticisi Marotta 30.000’inci solenoid CoRe valfini teslim ettiğini duyurdu SpaceX’e. Ancak diğer durumlarda, daha küçük alan şirketleri, daha küçük hacimlerde daha uzun üretim zaman çizelgeleri ile uğraşmak, ticari olarak raftan satın almak veya kendi bünyesinde bir çözüm bulmaya çalışmak zorundadır.
SpaceX Başkanı ve COO’su Gwynne Shotwell, Marotta temsilcileriyle birlikte. Resim Kredisi: Marotta
Bonin, “Aynı parçayı iki kez satın alabilirim, ancak Jim A Kısımını ve Joe Kısım B’yi yaptıysa, aynı parça numarasına sahip olsalar bile, çarpıcı biçimde farklı kaliteye sahip olurlar” dedi. Ya da baş teknisyeniniz berbat bir pazartesi geçirmişse bir adımı atlamış olabilir. Bu işin her yerinde insan hatası var.”