Ariane 6: Presisjon som tar av

9. juli 2024 var tiden inne: Den nye Ariane 6-raketten ble vellykket lansert fra «romporten» Kourou i Fransk Guyana og oppfylte sitt oppdrag om å plassere mange satellitter i bane for forskningsformål. ArianeGroup utviklet den 62 meter lange tunge løftekjøretøyet Ariane 6 på vegne av European Space Agency (ESA). Dette sikrer Europas uavhengige tilgang til verdensrommet.

Etter den første lanseringen tok det neste Ariane-lanseringskjøretøyet seg ut i verdensrommet i mars 2025. For dette krever det mer enn 140 tonn drivstoff fra hydrogen og oksygen. Bunnen og toppen av de fire drivstofftankene er dannet av såkalte kuppelsegmenter laget av en aluminiumslegering spesielt produsert for dette formålet. Disse kuppelformede komponentene er blant de mest belastede delene av raketten og består av flere sveisede paneler. For at komponentene skal tåle de høye belastningene under den korte flyturen ut i rommet, må de være dimensjonsnøyaktige og fri for sprekker og restspenninger før sveising. Dette oppnås gjennom såkalt «peenforming» eller skuddpeening. I denne formingsprosessen formes en komponent - som ligner klassisk smiing - gjennom intensivt bombardement med stålkuler i forskjellige størrelser.

Skuddpeening er en svært krevende prosess, forklarer Alexander Hoschka, prosjektleder hos MT Aerospace: «Ballene skytes nøyaktig og i nøyaktig definerte mengder på komponenten ved hjelp av trykkluft. Teknikken er å kontrollere alle prosessparametere slik som strømningshastighet, prosesstrykk, kulehastighet og dysestyring langs arbeidsstykket. Siden formingen fortsetter med mer målrettet sprengning, må robotene flytte sprengningen bort fra og tilbake til arbeidsstykkets overflate innen 0,1 sekunder.» Et patentert doseringssystem regulerer kulenes strømningshastigheter. Den er designet for strømningshastigheter på opptil 30 kg/min, og fem forskjellige kulediametre opp til 10 mm kan behandles uten bytte. Det er viktig å umiddelbart fjerne ødelagte baller eller muligens fremmeddeler som skruer fra prosessen, da de ellers kan føre til uopprettelig skade på rakettdelen.

Denne spesielle prosessen ble utviklet av MT Aerospace. Teknologilederen for lette konstruksjoner laget av metall og komposittmaterialer produserer kuppelsegmentene i Augsburg, Bayern. «Systemet er unikt over hele verden,» avslører Hoschka. «Vi tok spesielt med forskjellige partnere om bord for denne oppgaven.» Sprengprosessteknologiselskapet Sentenso fikk i oppdrag å bygge en testmaskin for å utvikle peening-prosessen. Dataspesialisten Nebumind brukte innsikten til å implementere sofistikerte algoritmer for automatisk generering av peening-programmer og for å overvåke prosessen. Parallelt utviklet og bygget maskinbyggeren Freymatic, i nært samarbeid med MT Aerospace og TBM Automation, skuddpeening-systemet inkludert håndtering av deler.

Automatiseringsselskapet TBM Automation var ansvarlig for hjertet i systemet, den krevende doseringsprosessen til ballene. Administrerende direktør Silvester Tribus forklarer: «Vi måtte sørge for at systemet alltid gir riktig mengde baller med riktig hastighet i sprengdysene. I tillegg blir ballene gjenbrukt og må automatisk sorteres deretter.» For å integrere disse og mange andre funksjoner som det komplekse transportsystemet, beskyttelsesmekanismer, fjerning av defekte baller og de to robotene i systemet, bruker selskapet fra Rhindalen forskjellige Siemens-komponenter. Fire Simatic-kontrollere med forskjellige perifere enheter er på jobb i systemet. Siwarex måle- og veiesystemer overvåker nøyaktig ballmengden. Videre sikrer 16 G120-stasjoner, flere HMIer, RFID-systemer og en avbruddsfri Sitop-strømforsyning jevn drift.

Kontrollerne og robotene leverer dataene sine via en OPC-UA-tilkobling til en kantdatamaskin. Dette gjør alle prosessdata i systemet tilgjengelig for AI-støttet evaluering og programkorreksjon. TBM-spesialistene implementerte automatiseringen fullstendig i TIA Portal. «Denne plattformen muliggjør komfortabel programmering, konfigurasjon og overvåking av automatiseringssystemer. Det er uunnværlig i vårt daglige arbeid. Vi har fire sertifiserte TIA-programmerere som jobber for oss, sier Hubert Mathis, prosjektleder for maskinvare i TBM. TBM Automation har vært blant Siemens Solution Partners siden 2012, som har god kompetanse og erfaring innen bruk av Siemens teknologier og produkter.

Komponentene blir grundig inspisert etter produksjonen. For å kunne bevise kvaliteten sømløst når som helst, lagres en digital tvilling av hvert kuppelsegment i databasen utviklet av Nebumind. Den inneholder måledata fra de utallige sensorene som er installert i maskinen og gir informasjon om alle akseposisjoner til robotene. Skulle det oppstå uoverensstemmelser under ekstern kvalitetskontroll, kan alle prosesser spores nøyaktig. Den store datamengden skal også gi verdifull informasjon for utvikling av fremtidige produkttyper.

Snart vil den neste Ariane 6-raketten forlate jorden og utføre sine tjenester i verdensrommet. Mange flere romoppdrag skal følge. Etterspørselen etter rakettoppskytingssystemer er for tiden høy, både blant institusjonelle og kommersielle kunder i MT Aerospace, avslører Hoschka: «Vi er stolte av det vellykkede prosjektet som bokstavelig talt har tatt fart takket være det innovasjonsvennlige samarbeidet mellom alle involverte parter.»