Ariane 6: точность, которая взлетает

9 июля 2024 года настало время: новая ракета Ariane 6 успешно запущена с «космодрома» Куру во Французской Гвиане и выполнила свою миссию по выводу на орбиту многочисленных спутников для исследовательских целей. ArianeGroup разработала тяжелую ракету-носитель Ariane 6 длиной 62 метра по поручению Европейского космического агентства (ЕКА). Это обеспечивает независимый доступ Европы к космосу.

После первого запуска следующая ракета-носитель Ariane вышла в космос в марте 2025 года. Для этого требуется более 140 тонн топлива из водорода и кислорода. Нижняя и верхняя части четырех топливных баков образованы так называемыми купольными сегментами, изготовленными из алюминиевого сплава, специально изготовленного для этой цели. Эти куполообразные компоненты относятся к наиболее напряженным частям ракеты и состоят из нескольких сварных панелей. Чтобы компоненты могли выдерживать высокие нагрузки во время короткого полета в космос, перед сваркой они должны иметь точные размеры и не иметь трещин и остаточных напряжений. Это достигается с помощью так называемой «штамповки» или дробеструйной обработки. В этом процессе формования деталь, аналогичная классической ковке, получает форму путем интенсивной бомбардировки стальными шариками разных размеров.

По словам Александра Хошки, руководителя проекта компании MT Aerospace, дробеструйная обработка — очень сложный процесс: «Шары точно и в точно определенных количествах впрыскиваются на деталь с помощью сжатого воздуха. Технология заключается в управлении всеми параметрами процесса, такими как скорость потока, технологическое давление, скорость шара и направление сопла вдоль заготовки. Поскольку процесс формования осуществляется с использованием более целенаправленной струйной обработки, роботы должны перемещать струйный материал от поверхности заготовки и обратно к ней в течение 0,1 секунды». Запатентованная система дозирования регулирует скорость потока шариков. Он рассчитан на расход до 30 кг/мин и позволяет обрабатывать пять шаров разных диаметров до 10 мм без переналадки. Важно немедленно удалить из процесса сломанные шарики или, возможно, посторонние детали, такие как винты, поскольку в противном случае они могут привести к непоправимому повреждению части ракеты.

Этот специальный процесс был разработан компанией MT Aerospace. Технологический лидер в области легких конструкций из металла и композитных материалов производит купольные сегменты в Аугсбурге, Бавария. «Система уникальна во всем мире», — рассказывает Хошка. «Для решения этой задачи мы специально привлекли различных партнеров». Компании Sentenso, занимающейся технологиями дробеструйной обработки, было поручено построить испытательную машину для разработки процесса упрочнения. Специалист по данным Nebumind использовал полученную информацию для реализации сложных алгоритмов автоматической генерации программ упрочнения и мониторинга процесса. Параллельно машиностроительная компания Freymatic в тесном сотрудничестве с MT Aerospace и TBM Automation разработала и изготовила систему дробеструйной обработки, включая обработку деталей.

Компания по автоматизации TBM Automation отвечала за суть системы — сложный процесс дозирования шариков. Управляющий директор Сильвестр Трибус объясняет: «Мы должны были обеспечить, чтобы система всегда подавала нужное количество шариков в дутьевые сопла с нужной скоростью. Кроме того, шары используются повторно и должны быть автоматически отсортированы соответствующим образом». Для интеграции этих и многих других функций, таких как сложная транспортная система, защитные механизмы, удаление дефектных шариков и два робота, компания из долины Рейна использует различные компоненты Siemens. В системе работают четыре контроллера Simatic с различными периферийными устройствами. Измерительные и весовые системы Siwarex точно контролируют количество шариков. Кроме того, 16 дисков G120, несколько HMI, системы RFID и источник бесперебойного питания Sitop обеспечивают бесперебойную работу.

Контроллеры и роботы передают свои данные через соединение OPC-UA на периферийный компьютер. Это делает все технологические данные системы доступными для оценки и корректировки программ с помощью искусственного интеллекта. Специалисты TBM полностью внедрили автоматизацию в TIA Portal. «Эта платформа обеспечивает удобное программирование, настройку и мониторинг систем автоматизации. Это незаменимо в нашей повседневной работе. У нас работают четыре сертифицированных программиста TIA», — говорит Хьюберт Матис, руководитель проекта по аппаратному обеспечению в TBM. Компания TBM Automation входит в число партнеров Siemens Solution Partners с 2012 года, обладающих обширными знаниями и опытом использования технологий и продуктов Siemens.

После изготовления компоненты тщательно проверяются. Чтобы в любое время можно было без проблем подтвердить их качество, цифровой двойник каждого сегмента купола хранится в базе данных, разработанной Nebumind. Он содержит данные измерений с бесчисленных датчиков, установленных в машине, и предоставляет информацию обо всех осевых положениях роботов. В случае возникновения несоответствий во время внешнего контроля качества все процессы можно точно отследить. Большой объем данных также должен предоставить ценную информацию для разработки будущих типов продуктов.

Вскоре следующая ракета Ariane 6 покинет Землю и будет выполнять свои услуги в космосе. Впереди еще много космических миссий. По словам Хошки, спрос на системы запуска ракет в настоящее время высок как среди институциональных, так и среди коммерческих клиентов MT Aerospace: «Мы гордимся успешным проектом, который буквально стартовал благодаря инновационному сотрудничеству всех вовлеченных сторон».