太空工程師的夢魘：為何閥門是太空艙工程師的噩夢
挑戰太空航行
長期關注太空行業的人會發現，許多導致衛星或發射載具災難性故障的問題，往往可以追溯到一個體積小卻普遍存在的部件：閥門。閥門在太空艙的架構中扮演著至關重要的角色，調節著像氦和推進劑這樣的壓力媒介的流動。它們也可以在發射載具上找到，按數量計算，它們是這些系統中最常見的子部件之一。
現實的衝擊
最近，Astrobotic 宣布其 Peregrine 月球登陸器將無法嘗試在月球上進行軟著陸，原因是任務結束了因推進系統泄漏引起的閥門無法重新密封。但 Astrobotic 並非唯一一家因太空艙上的閥門問題而使任務提前結束的太空公司。Boeing 因閥門問題而面臨其 Starliner 載人太空艙的第二次軌道測試飛行的重大任務延遲，而早在 2019 年，SpaceX 的 Crew Dragon 在地面測試中因推進系統的一個漏氣閥門而爆炸。
閥門的複雜性
“閥門有成千上萬種讓它們不舒服的方法”，來自佛蒙特州的 Benchmark Space Systems 的 CTO Jake Teufert 說道。即使這只是一個低估。總的來說閥門由一個在被啟動後需要重新定位的活塞組成，並且必須緊密密封。太空航天閥門必須製造成超高精度，盡可能輕盈，並且能夠承受一系列極端狀況：極端溫度、極端液體、極端振動環境和極端壓力-有時高達每平方英寸數千磅。而且閥門必須具有超低的泄漏要求；Teufert 表示一些閥門允許的泄漏率相當於在 200 年期間僅泄漏一克氦氣。
製造挑戰
製造太空艙閥門需要具有超高精度的技術，閥門所使用的材料、結構、以及運轉環境都需要接受嚴格考驗。航天閥門製造的挑戰還在於，一些燃料和氧化劑與某些閥門密封圈聚合物不相容，這種化學不相容將導致腐蝕或開裂等問題。此外工程師還必須警惕“外來物體殘骸”（FOD），即極微小的碎片或雜質可能造成閥門阻塞或導致密封不當。即使是小小的泄漏也可能引起失控效應，因為迅速擴充套件的氣體會使物體變冷，從而導致閥門超出可接受的溫度範圍。工程師們可以對太空艙進行一系列的地面測試，但飛行環境只能在一定程度上進行模擬，Teufert 解釋說：“當你在震動試驗臺上進行振動測試時，可能並沒有完全加壓並暴露於氧化劑蒸氣中，而這正是飛行中的狀況。”
供應鏈挑戰
除了製造挑戰，太空艙閥門還面臨著供應鏈的挑戰。即使來自 SpaceX 的 Starlink 計劃、亞馬遜的 Kuiper 計劃、OneWeb 以及眾多新興太空新創公司的太空艙銷售量相對較高，但太空艙子部件仍然遠遠未達到大規模生產。Bonin 表示：“基本問題在於太空只是不是一個大規模市場，每當太空航空領域的人談到大規模生產時，我都感到詫異，因為我們有時候生產的是中等規模，但我們並沒有真正的大規模生產。所以我們不是這些公司的高優先線序客戶。”供應商的能力隨時間並不一定穩定，因為這個過程是如此的手工製作並且依賴於部族知識。Teufert 表示：“如果這是他們每年大量真正的批次生產，他們會擁有出色的工藝，並且會有關於如何可靠地製造閥門或其他零部件的豐富知識，而我們這個小眾市場裡很少能看到這種情況。這些稀奇古怪的太空航空閥門，他們可能每年只製造 10 個，這些閥門可能是由一個叫 Bob 的人，他快 60 歲了，已經快退休了。他每隔幾年才製造這些閥門，Bob 一離開，所有他的部族知識也隨之消失，因為沒有人能夠取代 Bob。”
結語
閥門問題在太空艙工程中一直是一個充滿挑戰的領域。製造閥門需要高度專業的技術和保證，同時也需要供應鏈的支援。面對閥門問題，我們需要更多的創新和技術的提升，並影響整個太空科技領域的未來發展。
