Ariane 6 : Une précision qui prend son envol

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 orbite à des fins de recherche. ArianeGroup a développé le lanceur lourd Ariane 6 de 62 mètres de long pour le compte de l'Agence spatiale européenne (ESA). Cela garantit l'accès indépendant de l'Europe à l'espace.

Après le premier lancement, le prochain lanceur Ariane est parti dans l'espace en mars 2025. Pour cela, il faut plus de 140 tonnes de carburant à base d'hydrogène et d'oxygène. Le bas et le haut des quatre réservoirs de carburant sont formés par ce que l'on appelle des segments en forme de dôme fabriqués à partir d'un alliage d'aluminium spécialement fabriqué à cet effet. Ces composants en forme de dôme sont parmi les parties les plus sollicitées de la fusée et se composent de plusieurs panneaux soudés. Pour que les composants puissent résister aux fortes charges lors d'un court vol dans l'espace, ils doivent être dimensionnels précis et exempts de fissures et de contraintes résiduelles avant le soudage. Ceci est réalisé grâce à ce que l'on appelle le « peen forming » ou shot peening. Lors de ce processus de formage, un composant, similaire au forgeage classique, est façonné par un 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 projetées avec précision et en quantités exactement définies sur le composant à l'aide d'air comprimé. L'art consiste à contrôler tous les paramètres du processus tels que le débit, la pression de traitement, la vitesse de la bille et le guidage de la buse le long de la pièce. Au fur et à mesure que le formage progresse avec un grenaillage plus ciblé, les robots doivent éloigner le grenaillage de la surface de la pièce et y revenir en 0,1 seconde. » Un système de dosage breveté régule le débit des balles. Il est conçu pour des débits allant jusqu'à 30 kg/min et cinq diamètres de billes différents allant jusqu'à 10 mm peuvent être traités sans changement. Il est important de retirer immédiatement les billes cassées ou éventuellement les pièces étrangères, telles que les vis, car cela pourrait endommager irréparablement la pièce de la fusée.

Ce procédé spécial a été développé par MT Aerospace. Le leader technologique des structures légères en métal et en matériaux composites produit les segments du dôme à Augsbourg, en Bavière. « Le système est unique au monde », révèle Hoschka. « Nous avons spécifiquement fait appel à différents partenaires pour cette tâche. » La société de technologie de grenaillage Sentenso a été chargée de construire une machine d'essai pour développer le procédé de grenaillage. Le spécialiste des données Nebumind a utilisé les informations recueillies pour implémenter des algorithmes sophistiqués permettant de générer automatiquement des programmes de peening et de surveiller le processus. Parallèlement, 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, à savoir le processus de dosage exigeant des billes. Le directeur général Silvester Tribus explique : « Nous avons dû faire en sorte que le système fournisse toujours la bonne quantité de balles à la bonne vitesse dans les buses de sablage. De plus, les balles sont réutilisées et doivent être triées automatiquement en conséquence. » Pour intégrer ces fonctions et de nombreuses autres fonctions telles que le système de transport complexe, les mécanismes de protection, l'élimination des balles défectueuses et l'intégration des deux robots dans le système, l'entreprise de la vallée du Rhin utilise différents composants Siemens. Quatre manettes Simatic dotées de différents périphériques fonctionnent dans le système. Les systèmes de mesure et de pesage Siwarex surveillent avec précision la quantité de balles. De plus, 16 lecteurs G120, plusieurs HMI, des systèmes RFID et une alimentation sans interruption Sitop garantissent le bon fonctionnement.

Les manettes et les robots transmettent leurs données via une connexion OPC-UA à un ordinateur de pointe. Toutes les données de processus du système sont ainsi disponibles pour des évaluations et des corrections de programmes assistées par l'IA. Les spécialistes du TBM ont complètement implémenté l'automatisation dans TIA Portal. « Cette plateforme permet de programmer, de configurer et de surveiller facilement les systèmes d'automatisation. C'est indispensable à notre travail quotidien. Quatre programmeurs certifiés TIA travaillent pour nous », explique Hubert Mathis, chef de projet pour le matériel chez TBM. TBM Automation fait partie des Siemens Solution Partners depuis 2012, qui possèdent une expertise et une expérience solides dans l'utilisation des technologies et des produits Siemens.

Les composants sont minutieusement inspectés après leur fabrication. Pour pouvoir prouver leur qualité 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 la position de tous les axes des robots. En cas d'incohérence lors du contrôle qualité externe, tous les processus peuvent être retracés exactement. La grande quantité de données devrait également fournir des informations précieuses pour le développement de futurs types de produits.

La prochaine fusée Ariane 6 quittera bientôt la Terre pour effectuer ses services dans l'espace. De nombreuses autres missions spatiales sont à venir. La demande de systèmes de lancement de fusées est actuellement élevée, tant auprès des clients institutionnels que commerciaux de MT Aerospace, révèle Hoschka : « Nous sommes fiers du succès du projet qui a littéralement pris son envol grâce à la collaboration favorable à l'innovation entre toutes les parties impliquées. »