アリアン6：一目見て分かる精度
真の「ロケットサイエンス」：いくつかの企業の緊密な協力により、アリアン6ロケットの燃料タンクの部品を製造する世界的にユニークなショットピーニング成形機が登場しました。Siemens コンポーネントの多くは、要求の厳しい製造プロセスの円滑な運用を保証します。
ロケットストーリー
2024年7月9日、その時が来ました。新しいアリアン6ロケットは、フランス領ギアナの「宇宙港」クールーからの打ち上げに成功し、研究目的で多数の衛星を軌道に乗せるという使命を果たしました。アリアングループは、欧州宇宙機関（ESA）に代わって、長さ62メートルの大型リフトロケットアリアン6を開発しました。これにより、ヨーロッパの独立した宇宙アクセスが確保されます。
最初の打ち上げの後、次のアリアンロケットは2025年3月に宇宙に打ち上げられました。これには、水素と酸素から成る140トン以上の燃料が必要です。4つの燃料タンクの底部と上部は、この目的のために特別に製造されたアルミニウム合金から作られた、いわゆるドームセグメントで構成されています。これらのドーム型の部品は、ロケットの中で最も応力がかかる部品の1つで、いくつかの溶接パネルで構成されています。部品が短時間の宇宙飛行中の高負荷に耐えるためには、溶接前に寸法が正確で、亀裂や残留応力がないことが必要です。これは、いわゆる「ピーンフォーミング」またはショットピーニングによって実現されます。この成形プロセスでは、従来の鍛造品と同様に、さまざまなサイズの鋼球を激しく叩きつけて部品を成形します。
ブラスト技術の最高分野
ショットピーニングは非常に要求の厳しいプロセスです、とMT AerospaceのプロジェクトマネージャーであるAlexander Hoschka氏は説明します。「ボールは、圧縮空気を使用して、正確かつ正確に決められた量でコンポーネントに打ち込まれます。流量、プロセス圧力、ボール速度、ノズルガイダンスなど、すべてのプロセスパラメータをワークピースに沿って制御するのがコツです。よりターゲットを絞ったブラストで成形が進むので、ロボットは0.1秒以内にブラストをワークピースの表面から離したり戻したりしなければなりません。」特許取得済みの投与システムがボールの流量を調整します。流量が最大30kg/分になるように設計されており、直径10mmまでの5つの異なるボールを切り替えることなく処理できます。ロケット部品に取り返しのつかない損傷を与える可能性があるため、壊れたボールやネジなどの異物をすぐに取り除くことが重要です。
この特別なプロセスはMT Aerospaceによって開発されました。金属と複合材料で作られた軽量構造物のテクノロジーリーダーは、バイエルン州のアウグスブルクでドームセグメントを製造しています。「このシステムは世界中でユニークです」とHoschkaは明かします。「この作業には、特にさまざまなパートナーを参加させました。」ブラストプロセス技術会社のSentensoは、ピーニングプロセスを開発するためのテストマシンの製造を依頼されました。データの専門家であるNebumindは、得られた洞察を利用して、ピーニングプログラムの自動生成とプロセスの監視のための高度なアルゴリズムを実装しました。これと並行して、機械メーカーのFreymaticは、MT AerospaceおよびTBM Automationと緊密に協力して、パーツハンドリングを含むショットピーニングシステムを開発および構築しました。
Ariane 6燃料タンクのコンポーネントは、MTエアロスペースの施設で製造されています。Siemens 多数のコンポーネントが複雑なプロセスを可能にします。
Arianeの燃料タンクの部品は、決して人間の手で触れないでください。
ショットフォーミングには、コンポーネントを超軽量に設計でき、最も高い応力に耐えられるという利点があります。
Ariane 6燃料タンクのコンポーネントの輸送システム。
何千もの「握手」
オートメーション会社のTBM Automationは、システムの心臓部、つまりボールの要求の厳しいドージングプロセスを担当しました。マネージングディレクターのシルベスター・トリバスは次のように説明しています。「システムがブラストノズルに常に適切な量のボールを適切な速度で供給するようにする必要がありました。さらに、ボールは再利用されるので、それに応じて自動的に分類する必要があります。」これらの機能だけでなく、複雑な輸送システム、保護機構、欠陥ボールの除去、2台のロボットなど、他の多くの機能をシステムに統合するために、ラインバレーの会社はSiemens さまざまなコンポーネントを使用しています。システムでは、さまざまな周辺機器を備えた4つのSimaticコントローラーが動作しています。Siwarexの測定および計量システムは、ボールの量を正確に監視します。さらに、16台のG120ドライブ、複数のHMI、RFIDシステム、および無停電Sitop電源により、スムーズな運用が保証されます。
コントローラーとロボットは、OPC-UA接続を介してエッジコンピューターにデータを配信します。これにより、システムのすべてのプロセスデータをAIがサポートする評価とプログラムの修正に利用できるようになります。TBMのスペシャリストは、自動化を完全にTIA Portal に実装しました。「このプラットフォームにより、オートメーションシステムのプログラミング、構成、監視が容易になります。それは私たちの日常業務に欠かせません。4人の認定TIAプログラマーが働いています」と、TBMのハードウェア担当プロジェクトマネージャーであるHubert Mathisは言います。TBM Automationは2012年からSiemens ソリューションパートナーの一員であり、Siemens 技術と製品の使用に関する確かな専門知識と経験を持っています。
いくつかのSiemens HMIは、MT Aerospaceのショットピーニングマシンの簡単で効率的な操作を保証します。
合計4つのSimaticコントローラー、多数のIO周辺モジュール、Sinamics周波数コンバーター、無停電Sitop電源、Siwarex計量システムがシステムにインストールされています。
予知保全を含む、TBMブラストプロセスの視覚化、監視、ロギング。
ボールは「シュート」した後にサイズで分類され、再利用されます。
ショットピーニング後のロケット部品の表面。Simaticコントローラーは、システム内のボールの正確な投入を保証します。
デジタルコンポーネントツインは品質を保証します
コンポーネントは製造後に徹底的に検査されます。いつでもシームレスに品質を証明できるように、各ドームセグメントのデジタルツインはNebumindが開発したデータベースに保存されています。機械に取り付けられた無数のセンサーからの測定データが含まれており、ロボットのすべての軸位置に関する情報を提供します。外部の品質管理中に矛盾が生じた場合でも、すべてのプロセスを正確に追跡できます。大量のデータは、将来の製品タイプの開発のための貴重な情報にもなるはずです。
まもなく、次のアリアン6ロケットが地球を離れ、宇宙で任務を遂行します。その後、さらに多くの宇宙ミッションが予定されています。現在、MT Aerospaceの機関顧客と商用顧客の両方で、ロケット打ち上げシステムに対する需要が高まっています。「私たちは、関係者全員の革新に優しい協力のおかげで文字通り軌道に乗ったプロジェクトの成功を誇りに思っています。」