Ariane 6: Precisão que decola

Em 9 de julho de 2024, chegou a hora: o novo foguete Ariane 6 foi lançado com sucesso do “espaçoporto” de Kourou, na Guiana Francesa, e cumpriu sua missão de colocar vários satélites em órbita para fins de pesquisa. O ArianeGroup desenvolveu o veículo de lançamento de carga pesada Ariane 6 de 62 metros de comprimento em nome da Agência Espacial Europeia (ESA). Isso garante o acesso independente da Europa ao espaço.

Após o primeiro lançamento, o próximo veículo de lançamento Ariane chegou ao espaço em março de 2025. Para isso, são necessárias mais de 140 toneladas de combustível de hidrogênio e oxigênio. A parte inferior e superior dos quatro tanques de combustível são formadas pelos chamados segmentos de cúpula feitos de uma liga de alumínio especialmente fabricada para esse fim. Esses componentes em forma de cúpula estão entre as partes mais estressadas do foguete e consistem em vários painéis soldados. Para que os componentes suportem as altas cargas durante o curto voo para o espaço, eles devem ser dimensionalmente precisos e livres de rachaduras e tensões residuais antes da soldagem. Isso é conseguido por meio da chamada “formação do pino” ou shot peening. Nesse processo de conformação, um componente — semelhante ao forjamento clássico — é moldado por meio de bombardeio intensivo com esferas de aço de diferentes tamanhos.

O shot peening é um processo muito exigente, explica Alexander Hoschka, gerente de projetos da MT Aerospace: “As bolas são lançadas com precisão e em quantidades exatamente definidas no componente usando ar comprimido. A arte é controlar todos os parâmetros do processo, como vazão, pressão do processo, velocidade da esfera e orientação do bico ao longo da peça. Como a formação progride com um jateamento mais direcionado, os robôs devem mover o jateamento para longe e de volta para a superfície da peça em 0,1 segundo.” Um sistema de dosagem patenteado regula as taxas de fluxo das esferas. Ele foi projetado para vazões de até 30 kg/min e cinco diâmetros de esfera diferentes de até 10 mm podem ser processados sem troca. É importante remover imediatamente esferas quebradas ou possivelmente peças estranhas, como parafusos, do processo, pois elas poderiam causar danos irreparáveis à peça do foguete.

Esse processo especial foi desenvolvido pela MT Aerospace. A líder em tecnologia para estruturas leves feitas de metal e materiais compostos produz os segmentos de cúpula em Augsburg, Baviera. “O sistema é único em todo o mundo”, revela Hoschka. “Trouxemos especificamente vários parceiros para essa tarefa.” A empresa de tecnologia de processo de jateamento Sentenso foi contratada para construir uma máquina de teste para desenvolver o processo de peening. O especialista em dados Nebumind usou os insights obtidos para implementar algoritmos sofisticados para geração automática de programas de peening e monitorar o processo. Paralelamente, a fabricante de máquinas Freymatic, em estreita colaboração com a MT Aerospace e a TBM Automation, desenvolveu e construiu o sistema de granulação, incluindo manuseio de peças.

A empresa de automação TBM Automation foi responsável pelo coração do sistema, o exigente processo de dosagem das bolas. O diretor administrativo Silvester Tribus explica: “Tivemos que garantir que o sistema sempre fornecesse a quantidade certa de bolas na velocidade certa nos bicos de jateamento. Além disso, as bolas são reutilizadas e devem ser automaticamente classificadas de acordo.” Para integrar essas e várias outras funções, como o complexo sistema de transporte, mecanismos de proteção, remoção de bolas defeituosas e os dois robôs no sistema, a empresa do Vale do Reno usa vários componentes da Siemens. Quatro controladores Simatic com vários dispositivos periféricos estão funcionando no sistema. Os sistemas de medição e pesagem Siwarex monitoram com precisão a quantidade de bolas. Além disso, 16 drives G120, várias HMIs, sistemas RFID e uma fonte de alimentação Sitop ininterrupta garantem operações suaves.

Os controladores e robôs entregam seus dados por meio de uma conexão OPC-UA a um computador de ponta. Isso disponibiliza todos os dados de processo do sistema para avaliação e correção do programa com suporte de IA. Os especialistas da TBM implementaram a automação completamente no Portal TIA. “Essa plataforma permite uma programação, configuração e monitoramento confortáveis de sistemas de automação. É indispensável em nosso trabalho diário. Temos quatro programadores de TIA certificados trabalhando para nós”, diz Hubert Mathis, gerente de projetos de hardware da TBM. A TBM Automation está entre os parceiros de soluções da Siemens desde 2012, que têm sólida expertise e experiência no uso de tecnologias e produtos da Siemens.

Os componentes são cuidadosamente inspecionados após sua fabricação. Para poder provar sua qualidade sem problemas a qualquer momento, um gêmeo digital de cada segmento da cúpula é armazenado no banco de dados desenvolvido pela Nebumind. Ele contém os dados de medição dos inúmeros sensores instalados na máquina e fornece informações sobre todas as posições dos eixos dos robôs. Caso ocorram inconsistências durante o controle de qualidade externo, todos os processos podem ser rastreados com exatidão. A grande quantidade de dados também deve fornecer informações valiosas para o desenvolvimento de futuros tipos de produtos.

Em breve, o próximo foguete Ariane 6 deixará a Terra e realizará seus serviços no espaço. Muitas outras missões espaciais estão por vir. Atualmente, a demanda por sistemas de lançamento de foguetes é alta, tanto entre os clientes institucionais quanto comerciais da MT Aerospace, revela Hoschka: “Estamos orgulhosos do projeto bem-sucedido que literalmente decolou graças à colaboração favorável à inovação de todas as partes envolvidas”.