Ariane 6: Precyzja, która startuje

9 lipca 2024 r. Nadszedł czas: nowa rakieta Ariane 6 pomyślnie wystrzelona z „portu kosmicznego” Kourou w Gujanie Francuskiej i spełniła swoją misję umieszczenia licznych satelitów na orbicie w celach badawczych. ArianeGroup opracowała 62-metrowy ciężki pojazd nośny Ariane 6 w imieniu Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Zapewnia to niezależny dostęp Europy do przestrzeni kosmicznej.

Po pierwszym starcie następny pojazd startowy Ariane trafił w kosmos w marcu 2025 roku. W tym celu wymaga ponad 140 ton paliwa z wodoru i tlenu. Dno i górna część czterech zbiorników paliwa tworzą tak zwane segmenty kopułkowe wykonane ze stopu aluminium specjalnie wyprodukowanego do tego celu. Te elementy w kształcie kopuły należą do najbardziej obciążonych części rakiety i składają się z kilku spawanych paneli. Aby elementy wytrzymały duże obciążenia podczas krótkiego lotu w przestrzeń kosmiczną, muszą być dokładne wymiarowo i wolne od pęknięć i naprężeń resztkowych przed spawaniem. Osiąga się to poprzez tzw. „peen forming” lub peening. W tym procesie formowania element — podobny do klasycznego kucia — jest kształtowany poprzez intensywne bombardowanie stalowymi kulkami o różnych rozmiarach.

Wyjaśnia Alexander Hoschka, kierownik projektu w MT Aerospace: „Kulki są wystrzeliwane precyzyjnie i w dokładnie określonych ilościach na komponent przy użyciu sprężonego powietrza. Sztuka polega na kontrolowaniu wszystkich parametrów procesu, takich jak natężenie przepływu, ciśnienie procesu, prędkość kuli i prowadzenie dyszy wzdłuż przedmiotu obrabianego. Ponieważ formowanie przebiega dzięki bardziej ukierunkowanym obróbce strumieniowej, roboty muszą odsunąć strumień z i z powrotem do powierzchni przedmiotu obrabianego w ciągu 0,1 sekundy.” Opatentowany system dozowania reguluje natężenie przepływu kulek. Jest przeznaczony do przepływu do 30 kg/min, a pięć różnych średnic kulek do 10 mm może być przetwarzane bez zmiany. Ważne jest, aby natychmiast usunąć połamane kule lub ewentualnie obce części, takie jak śruby, z procesu, ponieważ w przeciwnym razie mogłyby one doprowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia części rakiety.

Ten specjalny proces został opracowany przez MT Aerospace. Lider technologii lekkich konstrukcji wykonanych z metalu i materiałów kompozytowych produkuje segmenty kopułowe w Augsburgu w Bawarii. „System jest wyjątkowy na całym świecie” - ujawnia Hoschka. „Specjalnie przyłączyliśmy do tego zadania różnych partnerów”. Firma Sentenso zajmująca się technologią procesów strumieniowych otrzymała zlecenie zbudowania maszyny testowej w celu opracowania procesu peeningu. Specjalista ds. danych Nebumind wykorzystał uzyskane spostrzeżenia do wdrożenia zaawansowanych algorytmów automatycznego generowania programów peeningowych i monitorowania procesu. Równolegle producent maszyn Freymatic, w ścisłej współpracy z MT Aerospace i TBM Automation, opracował i zbudował system obróbki strumieniowej obejmujący obsługę części.

Firma zajmująca się automatyzacją TBM Automation była odpowiedzialna za serce systemu, wymagający proces dozowania piłek. Dyrektor zarządzający Silvester Tribus wyjaśnia: „Musieliśmy upewnić się, że system zawsze dostarcza odpowiednią ilość kulek przy odpowiedniej prędkości w dyszach strumieniowych. Dodatkowo kulki są ponownie używane i muszą być odpowiednio automatycznie sortowane”. Aby zintegrować te i wiele innych funkcji, takich jak złożony system transportowy, mechanizmy ochronne, usuwanie wadliwych kulek i dwóch robotów z systemem, firma z Doliny Renu wykorzystuje różne komponenty Siemens. W systemie działają cztery kontrolery Simatic z różnymi urządzeniami peryferyjnymi. Systemy pomiarowe i wagowe Siwarex precyzyjnie monitorują ilość piłek. Ponadto 16 napędów G120, kilka HMI, systemy RFID i bezprzerwowe zasilanie Sitop zapewniają płynną pracę.

Sterowniki i roboty dostarczają swoje dane za pośrednictwem połączenia OPC-UA do komputera brzegowego. Dzięki temu wszystkie dane procesowe systemu są dostępne do oceny wspieranej przez sztuczną inteligencję i korekcji programu. Specjaliści TBM wdrożyli automatyzację całkowicie w TIA Portal. „Platforma ta umożliwia wygodne programowanie, konfigurację i monitorowanie systemów automatyki. Jest niezbędny w naszej codziennej pracy. Pracuje dla nas czterech certyfikowanych programistów TIA” — mówi Hubert Mathis, kierownik projektu ds. sprzętu w TBM. TBM Automation jest jednym z partnerów Siemens Solution od 2012 roku, którzy posiadają solidną wiedzę i doświadczenie w stosowaniu technologii i produktów Siemens.

Komponenty są dokładnie sprawdzane po ich produkcji. Aby móc bezproblemowo udowodnić swoją jakość w dowolnym momencie, cyfrowy bliźniak każdego segmentu kopuły jest przechowywany w bazie danych opracowanej przez Nebumind. Zawiera dane pomiarowe z niezliczonych czujników zainstalowanych w maszynie i dostarcza informacji o wszystkich pozycjach osi robotów. Jeśli podczas zewnętrznej kontroli jakości wystąpią niespójności, wszystkie procesy można dokładnie prześledzić. Duża ilość danych powinna również dostarczyć cennych informacji dla rozwoju przyszłych typów produktów.

Wkrótce kolejna rakieta Ariane 6 opuści Ziemię i wykona swoje usługi w kosmosie. Wiele kolejnych misji kosmicznych ma nastąpić. Zapotrzebowanie na systemy wystrzeliwania rakiet jest obecnie wysokie, zarówno wśród klientów instytucjonalnych, jak i komercyjnych MT Aerospace, ujawnia Hoschka: „Jesteśmy dumni z udanego projektu, który dosłownie rozpoczął się dzięki przyjaznej innowacjom współpracy wszystkich zaangażowanych stron”.