Ariane 6 : Précision qui décolle

Le 9 juillet 2024, le moment était venu : La nouvelle fusée Ariane 6 a été lancée avec succès depuis le « port spatial » de Kourou en Guyane française et a rempli sa mission de placer de nombreux satellites en orbit à des fins de recherche. ArianeGroup a développé le lanceur de transport lourd Ariane 6 de 62 mètres de long pour le compte de l'Agence spatiale européenne (ESA). Cela sécurise l'accès indépendant de l'Europe à l'espace.

Après le premier lancement, le prochain lanceur Ariane a fait son chemin dans l'espace en mars 2025. Pour cela, il faut plus de 140 tonnes de carburant provenant de l'hydrogène et de l'oxygène. Le bas et le haut des quatre réservoirs de carburant sont formés de soi-disant segments de dôme fabriqués à partir d'un alliage d'aluminium spécialement fabriqué à cet effet. Ces composants en forme de dôme font partie des parties les plus sollicitées de la fusée et se composent de plusieurs panneaux soudés. Pour que les composants résistent aux charges élevées pendant le court vol dans l'espace, ils doivent être dimensionnellement précis et exempts de fissures et de contraintes résiduelles avant le soudage. Ceci est réalisé grâce à ce qu'on appelle le « peen forming » ou le grenaillage par grenaillage. Dans ce processus de formage, un composant — semblable au forgeage classique — est façonné par bombardement intensif avec des billes d'acier de différentes tailles.

Le grenaillage est un processus très exigeant, explique Alexander Hoschka, chef de projet chez MT Aerospace : « Les balles sont tirées avec précision et en quantités exactement définies sur le composant à l'aide d'air comprimé. L'art consiste à contrôler tous les paramètres de processus tels que le débit, la pression de processus, la vitesse de la bille et le guidage de la buse le long de la pièce. Puisque le formage progresse avec un sablage plus ciblé, les robots doivent éloigner et revenir le souffle de la surface de la pièce en 0,1 seconde. » Un système de dosage breveté régule les débits des billes. Il est conçu pour des débits allant jusqu'à 30 kg/min et cinq diamètres de billes différents jusqu'à 10 mm peuvent être traités sans changement. Il est important de retirer immédiatement les billes cassées ou éventuellement les pièces étrangères comme les vis du processus, car elles pourraient autrement entraîner des dommages irréparables à la pièce de fusée.

Ce processus spécial a été développé par MT Aerospace. Le leader technologique pour les structures légères en métal et matériaux composites produit les segments de dôme à Augsbourg, en Bavière. « Le système est unique au monde », révèle Hoschka. Nous avons spécifiquement fait appel à divers partenaires pour cette tâche. La société de technologie de traitement par explosion Sentenso a été chargée de construire une machine d'essai pour développer le processus de graissage. Le spécialiste des données Nebumind a utilisé les connaissances acquises pour mettre en œuvre des algorithmes sophistiqués pour la génération automatique de programmes de grenaillage et pour surveiller le processus. En parallèle, le constructeur de machines Freymatic, en étroite collaboration avec MT Aerospace et TBM Automation, a développé et construit le système de grenaillage, y compris la manutention des pièces.

La société d'automatisation TBM Automation était responsable du cœur du système, du processus de dosage exigeant des billes. Le directeur général Silvester Tribus explique : « Nous devions nous assurer que le système fournit toujours la bonne quantité de balles à la bonne vitesse dans les buses de soufflerie. De plus, les boules sont réutilisées et doivent être triées automatiquement en conséquence. Pour intégrer ces fonctions et bien d'autres comme le système de transport complexe, les mécanismes de protection, le retrait des billes défectueuses et les deux robots dans le système, l'entreprise de la Vallée du Rhin utilise divers composants Siemens. Quatre contrôleurs Simatic avec divers périphériques sont à l'œuvre dans le système. Les systèmes de mesure et de pesage Siwarex surveillent précisément la quantité de billes. De plus, 16 disques G120, plusieurs IHM, des systèmes RFID et une alimentation Sitop sans coupure assurent des opérations fluides.

Les contrôleurs et les robots livrent leurs données via une connexion OPC-UA à un ordinateur de périphérie. Cela rend toutes les données de processus du système disponibles pour l'évaluation soutenue par l'IA et la correction de programme. Les spécialistes de TBM ont complètement implémenté l'automatisation dans TIA Portal. « Cette plateforme permet une programmation, une configuration et une surveillance confortables des systèmes d'automatisation. C'est indispensable dans notre travail quotidien. Nous avons quatre programmeurs TIA certifiés qui travaillent pour nous », explique Hubert Mathis, chef de projet pour le matériel chez TBM. TBM Automation fait partie des partenaires de solutions Siemens depuis 2012, qui ont une solide expertise et une expérience dans l'utilisation des technologies et des produits Siemens.

Les composants sont minutieusement inspectés après leur fabrication. Pour pouvoir prouver leur qualité de manière transparente à tout moment, un jumeau numérique de chaque segment de dôme est stocké dans la base de données développée par Nebumind. Il contient les données de mesure des innombrables capteurs installés dans la machine et fournit des informations sur toutes les positions des axes des robots. Si des incohérences se produisent pendant le contrôle qualité externe, tous les processus peuvent être tracés exactement. La grande quantité de données devrait également fournir des informations précieuses pour le développement de futurs types de produits.

Bientôt la prochaine fusée Ariane 6 quittera la Terre et effectuera ses services dans l'espace. Beaucoup d'autres missions spatiales suivront. La demande de systèmes de lancement de fusées est actuellement élevée, tant chez les clients institutionnels que commerciaux de MT Aerospace, révèle Hoschka : « Nous sommes fiers du projet réussi qui a littéralement décollé grâce à la collaboration favorable à l'innovation de toutes les parties impliquées. »