Ariane 6: Precisão que decola

A 9 de julho de 2024, tinha chegado a hora: O novo foguete Ariane 6 foi lançado com sucesso do “espaçoporto” Kourou na Guiana Francesa e cumpriu a sua missão de colocar vários satélites em órbita para fins de investigação. O ArianeGroup desenvolveu o veículo lançador de carga pesada Ariane 6 de 62 metros de comprimento em nome da Agência Espacial Europeia (ESA). Isto assegura 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 a partir de hidrogénio e oxigénio. A parte inferior e superior dos quatro tanques de combustível são formados pelos chamados segmentos de cúpula feitos de uma liga de alumínio especialmente fabricada para esse fim. Estes componentes em forma de cúpula estão entre as partes mais tensas do foguete e consistem em vários painéis soldados. Para que os componentes suportem as altas cargas durante o voo curto para o espaço, devem ser dimensionalmente precisos e livres de fissuras e tensões residuais antes da soldadura. Isto é conseguido através da chamada “formação de peen” ou “shot peening”. Neste processo de formação, um componente — semelhante ao forjamento clássico — é moldado através de bombardeio intensivo com bolas de aço de diferentes tamanhos.

Shot peening é um processo muito exigente, explica Alexander Hoschka, gerente de projeto da MT Aerospace: “As bolas são disparadas com precisão e em quantidades exatamente definidas no componente usando ar comprimido. A arte é controlar todos os parâmetros do processo, tais como a taxa de fluxo, a pressão do processo, a velocidade da esfera e a orientação do bocal ao longo da peça de trabalho. Uma vez que a formação progride com um jateamento mais direcionado, os robôs devem mover a explosão para longe e de volta para a superfície da peça de trabalho dentro de 0,1 segundos.” Um sistema de dosagem patenteado regula as taxas de fluxo das bolas. Foi concebido para caudais até 30 kg/min e cinco diâmetros de esfera diferentes até 10 mm podem ser processados sem troca. É importante remover imediatamente as bolas quebradas ou possivelmente peças estranhas, como parafusos, do processo, pois poderiam causar danos irreparáveis à parte do foguete.

Este processo especial foi desenvolvido pela MT Aerospace. O líder tecnológico para estruturas leves feitas de metal e materiais compósitos produz os segmentos de cúpula em Augsburg, Baviera. “O sistema é único em todo o mundo”, revela Hoschka. “Trouxemos especificamente vários parceiros a bordo para esta tarefa.” A empresa de tecnologia de processo de explosão 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 a geração automática de programas de peening e para monitorizar o processo. Paralelamente, o construtor de máquinas Freymatic, em estreita colaboração com a MT Aerospace e a TBM Automation, desenvolveu e construiu o sistema de “shot peening” incluindo a manipulação 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 de garantir que o sistema fornecesse sempre a quantidade certa de bolas na velocidade certa nos bicos de explosão. Além disso, as bolas são reutilizadas e devem ser classificadas automaticamente em conformidade.” Para integrar estas 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 utiliza vários componentes da Siemens. Quatro controladores Simatic com vários dispositivos periféricos estão a funcionar no sistema. Os sistemas de medição e pesagem Siwarex monitorizam com precisão a quantidade da bola. Além disso, 16 unidades G120, várias IHM, sistemas RFID e uma fonte de alimentação Sitop ininterrupta garantem um funcionamento tranquilo.

Os controladores e robôs entregam os seus dados através de uma ligação OPC-UA a um computador de ponta. Isto disponibiliza todos os dados do processo do sistema para avaliação suportada pela IA e correção do programa. Os especialistas da TBM implementaram a automação completamente no TIA Portal. “Esta plataforma permite uma programação, configuração e monitorização confortáveis de sistemas de automação. É indispensável do nosso trabalho diário. Temos quatro programadores TIA certificados a trabalhar para nós”, diz Hubert Mathis, gerente de projeto de hardware da TBM. A TBM Automation está entre os parceiros de soluções da Siemens desde 2012, que têm um sólido conhecimento e experiência na utilização de tecnologias e produtos da Siemens.

Os componentes são cuidadosamente inspecionados após o seu fabrico. Para poder provar a sua qualidade sem problemas a qualquer momento, um gémeo digital de cada segmento de cúpula é armazenado na base de dados desenvolvida pela Nebumind. Contém os dados de medição dos inúmeros sensores instalados na máquina e fornece informações sobre todas as posições dos eixos dos robôs. Se ocorrerem inconsistências durante o controlo de qualidade externo, todos os processos podem ser rastreados exatamente. 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 os seus serviços no espaço. Vão seguir-se muito mais missões espaciais. A procura por sistemas de lançamento de foguetes é atualmente elevada, tanto entre clientes institucionais como 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.”