Ariane 6: Precisione che decolla

Il 9 luglio 2024, era giunto il momento: il nuovo razzo Ariane 6 è stato lanciato con successo dallo «spazioporto» di Kourou nella Guiana francese e ha compiuto la sua missione di mettere in orbita numerosi satelliti per scopi di ricerca. ArianeGroup ha sviluppato il veicolo di lancio per carichi pesanti Ariane 6 lungo 62 metri per conto dell'Agenzia spaziale europea (ESA). Questo assicura l'accesso indipendente dell'Europa allo spazio.

Dopo il primo lancio, il prossimo veicolo di lancio Ariane è arrivato nello spazio nel marzo 2025. Per questo, richiede più di 140 tonnellate di carburante a base di idrogeno e ossigeno. La parte inferiore e superiore dei quattro serbatoi di carburante sono formate dai cosiddetti segmenti a cupola realizzati in una lega di alluminio prodotta appositamente per questo scopo. Questi componenti a forma di cupola sono tra le parti più sollecitate del razzo e sono costituiti da diversi pannelli saldati. Affinché i componenti resistano ai carichi elevati durante il breve volo nello spazio, devono essere dimensionalmente precisi e privi di crepe e tensioni residue prima della saldatura. Ciò si ottiene mediante la cosiddetta «peen forming» o shot peening. In questo processo di formatura, un componente, simile alla forgiatura classica, viene modellato mediante un intenso bombardamento con sfere d'acciaio di diverse dimensioni.

La pallinatura è un processo molto impegnativo, spiega Alexander Hoschka, project manager di MT Aerospace: «Le palline vengono sparate con precisione e in quantità esattamente definite sul componente utilizzando aria compressa. L'arte consiste nel controllare tutti i parametri di processo come la portata, la pressione di processo, la velocità della sfera e la guida degli ugelli lungo il pezzo. Poiché la formatura procede con una sabbiatura più mirata, i robot devono spostare la granigliatura da e verso la superficie del pezzo entro 0,1 secondi». Un sistema di dosaggio brevettato regola le portate delle sfere. È progettato per portate fino a 30 kg/min e cinque diversi diametri di sfera fino a 10 mm possono essere lavorati senza cambio formato. È importante rimuovere immediatamente le sfere rotte o eventuali parti estranee come le viti dal processo, poiché altrimenti potrebbero causare danni irreparabili alla parte del razzo.

Questo processo speciale è stato sviluppato da MT Aerospace. Il leader tecnologico per le strutture leggere in metallo e materiali compositi produce i segmenti della cupola ad Augusta, in Baviera. «Il sistema è unico al mondo», rivela Hoschka. «Abbiamo coinvolto specificamente diversi partner per questo compito». La società di tecnologia di granigliatura Sentenso è stata incaricata di costruire una macchina di prova per sviluppare il processo di pallinatura. Lo specialista di dati Nebumind ha utilizzato le informazioni acquisite per implementare sofisticati algoritmi per la generazione automatica di programmi di peening e per monitorare il processo. Parallelamente, il costruttore di macchine Freymatic, in stretta collaborazione con MT Aerospace e TBM Automation, ha sviluppato e costruito il sistema di pallinatura che include la movimentazione delle parti.

La società di automazione TBM Automation era responsabile del cuore del sistema, l'impegnativo processo di dosaggio delle sfere. L'amministratore delegato Silvester Tribus spiega: «Dovevamo assicurarci che il sistema fornisse sempre la giusta quantità di palline alla giusta velocità negli ugelli di sabbiatura. Inoltre, le palline vengono riutilizzate e devono essere ordinate automaticamente di conseguenza». Per integrare queste e numerose altre funzioni come il complesso sistema di trasporto, i meccanismi di protezione, la rimozione delle sfere difettose e i due robot nel sistema, l'azienda della Valle del Reno utilizza vari componenti Siemens. Nel sistema sono attivi quattro controller Simatic con varie periferiche. I sistemi di misurazione e pesatura Siwarex monitorano con precisione la quantità di palline. Inoltre, 16 unità G120, diversi HMI, sistemi RFID e un gruppo di continuità Sitop garantiscono un funzionamento regolare.

I controller e i robot forniscono i loro dati tramite una connessione OPC-UA a un computer perimetrale. Ciò rende disponibili tutti i dati di processo del sistema per la valutazione supportata dall'intelligenza artificiale e la correzione del programma. Gli specialisti TBM hanno implementato completamente l'automazione in TIA Portal. «Questa piattaforma consente una comoda programmazione, configurazione e monitoraggio dei sistemi di automazione. È indispensabile per il nostro lavoro quotidiano. Abbiamo quattro programmatori TIA certificati che lavorano per noi», afferma Hubert Mathis, project manager per l'hardware presso TBM. TBM Automation è tra i Siemens Solution Partner dal 2012, che hanno una solida competenza ed esperienza nell'uso di tecnologie e prodotti Siemens.

I componenti vengono ispezionati accuratamente dopo la loro fabbricazione. Per poter dimostrare la loro qualità senza problemi in qualsiasi momento, un gemello digitale di ogni segmento di cupola viene archiviato nel database sviluppato da Nebumind. Contiene i dati di misurazione degli innumerevoli sensori installati nella macchina e fornisce informazioni su tutte le posizioni degli assi dei robot. In caso di incongruenze durante il controllo di qualità esterno, tutti i processi possono essere tracciati esattamente. La grande quantità di dati dovrebbe anche fornire informazioni preziose per lo sviluppo di tipi di prodotti futuri.

Presto il prossimo razzo Ariane 6 lascerà la Terra e svolgerà i suoi servizi nello spazio. Seguiranno molte altre missioni spaziali. La domanda di sistemi di lancio di razzi è attualmente elevata, sia tra i clienti istituzionali che commerciali di MT Aerospace, rivela Hoschka: «Siamo orgogliosi del progetto di successo che è letteralmente decollato grazie alla collaborazione favorevole all'innovazione di tutte le parti coinvolte».