Ariane 6: Přesnost, která vzlétne

9. července 2024 nastal čas: Nová raketa Ariane 6 úspěšně vypuštěna z „kosmického přístavu“ Kourou ve Francouzské Guyaně a splnila své poslání umístit na oběžnou dráhu řadu satelitů pro výzkumné účely. Společnost ArianeGroup vyvinula 62 metrů dlouhou nosnou nosnou loď Ariane 6 jménem Evropské kosmické agentury (ESA). Tím je zajištěn nezávislý přístup Evropy do vesmíru.

Po prvním startu se další nosné vozidlo Ariane dostalo do vesmíru v březnu 2025. K tomu vyžaduje více než 140 tun paliva z vodíku a kyslíku. Spodní a horní část čtyř palivových nádrží jsou tvořeny takzvanými kupolovými segmenty vyrobenými ze slitiny hliníku speciálně vyrobené pro tento účel. Tyto kopulovité komponenty patří mezi nejvíce namáhané části rakety a skládají se z několika svařovaných panelů. Aby součásti odolaly vysokému zatížení během krátkého letu do vesmíru, musí být před svařováním rozměrově přesné a bez trhlin a zbytkového napětí. Toho je dosaženo takzvaným „tvarováním peen“ nebo škrábáním. V tomto procesu tváření je součást - podobná klasickému kování - tvarována intenzivním bombardováním ocelovými kuličkami různých velikostí.

Kuličkování je velmi náročný proces, vysvětluje Alexander Hoschka, projektový manažer společnosti MT Aerospace: „Kuličky jsou stříleny přesně a v přesně definovaných množstvích na komponentu pomocí stlačeného vzduchu. Umění spočívá v řízení všech procesních parametrů, jako je průtok, procesní tlak, rychlost kuličky a vedení trysky podél obrobku. Vzhledem k tomu, že tváření postupuje s cílenějším tryskáním, musí roboti během 0,1 sekundy přesunout tryskání pryč a zpět na povrch obrobku.“ Patentovaný dávkovací systém reguluje průtok kuliček. Je navržen pro průtoky do 30 kg/min a pět různých průměrů kuliček do 10 mm lze zpracovat bez přepnutí. Je důležité okamžitě odstranit zlomené kuličky nebo případně cizí části, jako jsou šrouby, protože by jinak mohly vést k nenapravitelnému poškození části rakety.

Tento speciální proces byl vyvinut společností MT Aerospace. Technologický lídr v oblasti lehkých konstrukcí vyrobených z kovových a kompozitních materiálů vyrábí segmenty kopule v Augsburgu v Bavorsku. „Systém je celosvětově jedinečný,“ odhaluje Hoschka. „Pro tento úkol jsme konkrétně přivedli různé partnery.“ Společnost Sentenso, technologická společnost Sentenso, byla pověřena výrobou zkušebního stroje pro vývoj procesu zušlechťování. Datový specialista Nebumind využil získané poznatky k implementaci sofistikovaných algoritmů pro automatické generování peeningových programů a ke sledování procesu. Souběžně výrobce strojů Freymatic v úzké spolupráci se společnostmi MT Aerospace a TBM Automation vyvinul a vybudoval systém šikování, včetně manipulace s díly.

Automatizační společnost TBM Automation byla zodpovědná za srdce systému, náročný proces dávkování kuliček. Výkonný ředitel Silvester Tribus vysvětluje: „Museli jsme zajistit, aby systém vždy poskytoval správné množství kuliček při správné rychlosti v tryskacích tryskách. Kromě toho jsou koule znovu použity a musí být podle toho automaticky tříděny.“ Pro integraci těchto a mnoha dalších funkcí, jako je komplexní dopravní systém, ochranné mechanismy, odstranění vadných kuliček a dva roboty do systému, používá společnost z údolí Rýna různé komponenty Siemens. V systému pracují čtyři řadiče Simatic s různými periferními zařízeními. Měřicí a vážicí systémy Siwarex přesně monitorují množství kuliček. Kromě toho 16 disků G120, několik HMI, systémy RFID a nepřerušitelný zdroj napájení Sitop zajišťují plynulý provoz.

Řadiče a roboti přenášejí svá data prostřednictvím připojení OPC-UA do hraničního počítače. Díky tomu jsou všechna procesní data systému k dispozici pro vyhodnocení podporované umělou inteligencí a korekci programu. Specialisté TBM implementovali automatizaci kompletně v TIA Portal. „Tato platforma umožňuje pohodlné programování, konfiguraci a monitorování automatizačních systémů. Je to nepostradatelné pro naši každodenní práci. Pracují pro nás čtyři certifikovaní programátoři TIA, „říká Hubert Mathis, projektový manažer hardwaru ve společnosti TBM. Společnost TBM Automation patří od roku 2012 mezi partnery Siemens Solution Partners, kteří mají rozsáhlé odborné znalosti a zkušenosti s používáním technologií a produktů Siemens.

Komponenty jsou po jejich výrobě důkladně zkontrolovány. Aby bylo možné kdykoli bezproblémově prokázat jejich kvalitu, je digitální dvojče každého segmentu kopule uloženo v databázi vyvinuté společností Nebumind. Obsahuje naměřená data z bezpočtu senzorů instalovaných ve stroji a poskytuje informace o všech polohách os robotů. Pokud se během externí kontroly kvality vyskytnou nesrovnalosti, lze všechny procesy přesně vysledovat. Velké množství údajů by také mělo poskytnout cenné informace pro vývoj budoucích typů výrobků.

Brzy příští raketa Ariane 6 opustí Zemi a vykoná své služby ve vesmíru. Následovat bude mnoho dalších vesmírných misí. Poptávka po raketových odpalovacích systémech je v současné době vysoká, a to jak mezi institucionálními, tak komerčními zákazníky MT Aerospace, prozrazuje Hoschka: „Jsme hrdí na úspěšný projekt, který doslova vzlétl díky inovačně přátelské spolupráci všech zúčastněných stran.“