Ariane 6: Præcision, der starter

Den 9. juli 2024 var tiden inde: Den nye Ariane 6-raket blev lanceret med succes fra „rumporten“ Kourou i Fransk Guyana og opfyldte sin mission om at placere adskillige satellitter i kredsløb til forskningsformål. ArianeGroup udviklede den 62 meter lange tunge løftestøretøj Ariane 6 på vegne af Den Europæiske Rumorganisation (ESA). Dette sikrer Europas uafhængige adgang til rummet.

Efter den første lancering gik det næste Ariane-lanceringskøretøj sig ud i rummet i marts 2025. Til dette kræver det mere end 140 tons brændstof fra brint og ilt. Bunden og toppen af de fire brændstoftanke er dannet af såkaldte kuppelsegmenter fremstillet af en aluminiumslegering, der er specielt fremstillet til dette formål. Disse kuppelformede komponenter er blandt de mest belastede dele af raketten og består af flere svejsede paneler. For at komponenterne kan modstå de høje belastninger under den korte flyvning ud i rummet, skal de være dimensionelt nøjagtige og fri for revner og restspændinger før svejsning. Dette opnås gennem såkaldt „peenforming“ eller shot peening. I denne formningsproces formes en komponent - svarende til klassisk smedning - gennem intensivt bombardement med stålkugler i forskellige størrelser.

Skudpeening er en meget krævende proces, forklarer Alexander Hoschka, projektleder hos MT Aerospace: „Kuglerne skydes præcist og i nøjagtigt definerede mængder på komponenten ved hjælp af trykluft. Kunsten er at styre alle procesparametre såsom strømningshastighed, procestryk, kuglehastighed og dysestyring langs emnet. Da formningen skrider frem med mere målrettet sprængning, skal robotterne flytte sprængningen væk fra og tilbage til arbejdsemnets overflade inden for 0,1 sekunder.“ Et patenteret doseringssystem regulerer kuglernes strømningshastigheder. Den er designet til strømningshastigheder på op til 30 kg/min, og fem forskellige kuglediametre op til 10 mm kan behandles uden omstilling. Det er vigtigt straks at fjerne ødelagte kugler eller muligvis fremmede dele som skruer fra processen, da de ellers kan føre til uoprettelig skade på raketdelen.

Denne specielle proces blev udviklet af MT Aerospace. Teknologilederen inden for letvægtsstrukturer fremstillet af metal og kompositmaterialer producerer kuppelsegmenterne i Augsburg, Bayern. „Systemet er unikt over hele verden,“ afslører Hoschka. „Vi tog specifikt forskellige partnere om bord til denne opgave.“ Sprængprocessteknologifirmaet Sentenso fik til opgave at bygge en testmaskine til udvikling af peening-processen. Dataspecialisten Nebumind brugte indsigten til at implementere sofistikerede algoritmer til automatisk generering af peening-programmer og til at overvåge processen. Parallelt med dette har maskinbyggeren Freymatic i tæt samarbejde med MT Aerospace og TBM Automation udviklet og bygget shotpeening systemet, herunder håndtering af dele.

Automatiseringsfirmaet TBM Automation var ansvarlig for systemets hjerte, den krævende doseringsproces af kuglerne. Administrerende direktør Silvester Tribus forklarer: „Vi var nødt til at sikre, at systemet altid leverer den rigtige mængde kugler med den rigtige hastighed i sprængdyserne. Derudover genbruges kuglerne og skal automatisk sorteres i overensstemmelse hermed.“ For at integrere disse og adskillige andre funktioner såsom det komplekse transportsystem, beskyttelsesmekanismer, fjernelse af defekte bolde og de to robotter i systemet bruger virksomheden fra Rhindalen forskellige Siemens-komponenter. Fire Simatic-controllere med forskellige perifere enheder arbejder i systemet. Siwarex måle- og vejesystemer overvåger nøjagtigt kuglemængden. Desuden sikrer 16 G120-drev, flere HMI'er, RFID-systemer og en uafbrydelig Sitop-strømforsyning problemfri drift.

Controllere og robotter leverer deres data via en OPC-UA-forbindelse til en edge computer. Dette gør alle procesdata i systemet tilgængelige for AI-understøttet evaluering og programkorrektion. TBM-specialisterne implementerede automatiseringen fuldstændigt i TIA Portal. „Denne platform muliggør komfortabel programmering, konfiguration og overvågning af automatiseringssystemer. Det er uundværligt i vores daglige arbejde. Vi har fire certificerede TIA-programmører, der arbejder for os,“ siger Hubert Mathis, projektleder for hardware hos TBM. TBM Automation har været blandt Siemens Solution Partners siden 2012, som har solid ekspertise og erfaring inden for brug af Siemens teknologier og produkter.

Komponenterne inspiceres grundigt efter deres fremstilling. For at kunne bevise deres kvalitet problemfrit til enhver tid gemmes en digital tvilling af hvert kuppelsegment i databasen udviklet af Nebumind. Den indeholder måledata fra de utallige sensorer, der er installeret i maskinen, og giver information om alle aksepositioner for robotterne. Skulle der opstå uoverensstemmelser under ekstern kvalitetskontrol, kan alle processer spores nøjagtigt. Den store mængde data bør også give værdifuld information til udviklingen af fremtidige produkttyper.

Snart vil den næste Ariane 6-raket forlade Jorden og udføre sine tjenester i rummet. Mange flere rummissioner skal følge. Efterspørgslen efter raketlanceringssystemer er i øjeblikket høj, både blandt institutionelle og kommercielle kunder hos MT Aerospace, afslører Hoschka: „Vi er stolte af det succesrige projekt, der bogstaveligt talt er startet takket være det innovationsvenlige samarbejde mellem alle involverede parter.“