Ariane 6: Precisión que despega

El 9 de julio de 2024, había llegado el momento: el nuevo cohete Ariane 6 se lanzó con éxito desde el “puerto espacial” Kourou en la Guayana Francesa y cumplió su misión de colocar numerosos satélites en órbita con fines de investigación. ArianeGroup desarrolló el vehículo de lanzamiento de carga pesada Ariane 6 de 62 metros de largo en nombre de la Agencia Espacial Europea (ESA). Esto asegura el acceso independiente de Europa al espacio.

Después del primer lanzamiento, el próximo vehículo de lanzamiento Ariane se abrió paso al espacio en marzo de 2025. Para esto, requiere más de 140 toneladas de combustible de hidrógeno y oxígeno. La parte inferior y superior de los cuatro tanques de combustible están formadas por los llamados segmentos de cúpula hechos de una aleación de aluminio especialmente fabricada para este propósito. Estos componentes en forma de cúpula se encuentran entre las partes más estresadas del cohete y consisten en varios paneles soldados. Para que los componentes soporten las altas cargas durante el corto vuelo al espacio, deben ser dimensionalmente precisos y libres de grietas y tensiones residuales antes de soldar. Esto se logra mediante la llamada “formación de peen” o “peen forming”. En este proceso de formación, un componente, similar a la forja clásica, se forma mediante un bombardeo intensivo con bolas de acero de diferentes tamaños.

El granallado por puntería es un proceso muy exigente, explica Alexander Hoschka, director de proyecto de MT Aerospace: “Las bolas se disparan con precisión y en cantidades exactamente definidas sobre el componente utilizando aire comprimido. El arte consiste en controlar todos los parámetros del proceso, como el caudal, la presión del proceso, la velocidad de la bola y la guía de la boquilla a lo largo de la pieza de trabajo. Dado que la formación progresa con una granalladura más específica, los robots deben alejar y volver a la superficie de la pieza de trabajo en 0,1 segundos”. Un sistema de dosificación patentado regula los caudales de las bolas. Está diseñado para caudales de hasta 30 kg/min y se pueden procesar cinco diámetros de bola diferentes de hasta 10 mm sin cambio. Es importante retirar inmediatamente las bolas rotas o posiblemente piezas extrañas como tornillos del proceso, ya que de lo contrario podrían provocar daños irreparables en la parte del cohete.

Este proceso especial fue desarrollado por MT Aerospace. El líder tecnológico para estructuras ligeras hechas de metal y materiales compuestos produce los segmentos de cúpula en Augsburgo, Baviera. “El sistema es único en todo el mundo”, revela Hoschka. “Específicamente, trajimos a varios socios a bordo para esta tarea”. La empresa de tecnología de proceso de granallado Sentenso recibió el encargo de construir una máquina de prueba para desarrollar el proceso de granallado. El especialista en datos Nebumind utilizó los conocimientos adquiridos para implementar algoritmos sofisticados para la generación automática de programas de apertura y para monitorear el proceso. Paralelamente, el fabricante de máquinas Freymatic, en estrecha colaboración con MT Aerospace y TBM Automation, desarrolló y construyó el sistema de granallado, incluido el manejo de piezas.

La empresa de automatización TBM Automation fue responsable del corazón del sistema, el exigente proceso de dosificación de las bolas. El director gerente Silvester Tribus explica: “Tuvimos que asegurarnos de que el sistema siempre proporcione la cantidad correcta de bolas a la velocidad correcta en las boquillas de explosión. Además, las bolas se reutilizan y deben clasificarse automáticamente en consecuencia”. Para integrar estas y muchas otras funciones, como el complejo sistema de transporte, los mecanismos de protección, la eliminación de bolas defectuosas y los dos robots en el sistema, la compañía del Valle del Rin utiliza varios componentes de Siemens. Cuatro controladores Simatic con varios dispositivos periféricos están trabajando en el sistema. Los sistemas de medición y pesaje Siwarex monitorean con precisión la cantidad de bolas. Además, 16 unidades G120, varias HMI, sistemas RFID y una fuente de alimentación ininterrumpida Sitop garantizan un funcionamiento sin problemas.

Los controladores y robots entregan sus datos a través de una conexión OPC-UA a una computadora de borde. Esto hace que todos los datos de proceso del sistema estén disponibles para la evaluación respaldada por IA y la corrección del programa. Los especialistas de TBM implementaron la automatización completamente en TIA Portal. “Esta plataforma permite una programación, configuración y monitoreo cómodos de los sistemas de automatización. Es indispensable para nuestro trabajo diario. Tenemos cuatro programadores certificados de TIA trabajando para nosotros”, dice Hubert Mathis, gerente de proyecto de hardware en TBM. TBM Automation ha estado entre los Socios de Soluciones de Siemens desde 2012, que tienen una sólida experiencia y conocimientos en el uso de tecnologías y productos Siemens.

Los componentes se inspeccionan minuciosamente después de su fabricación. Para poder demostrar su calidad sin problemas en cualquier momento, un gemelo digital de cada segmento de domo se almacena en la base de datos desarrollada por Nebumind. Contiene los datos de medición de los innumerables sensores instalados en la máquina y proporciona información sobre todas las posiciones de los ejes de los robots. Si se producen inconsistencias durante el control de calidad externo, todos los procesos se pueden rastrear exactamente. La gran cantidad de datos también debe proporcionar información valiosa para el desarrollo de futuros tipos de productos.

Pronto, el próximo cohete Ariane 6 saldrá de la Tierra y realizará sus servicios en el espacio. Muchas más misiones espaciales están por seguir. La demanda de sistemas de lanzamiento de cohetes es actualmente alta, tanto entre los clientes institucionales como comerciales de MT Aerospace, revela Hoschka: “Estamos orgullosos del exitoso proyecto que literalmente ha despegado gracias a la colaboración amigable con la innovación de todas las partes involucradas”.