Ariane 6: Precision som tar fart

Den 9 juli 2024 hade tiden kommit: Den nya Ariane 6-raketen lanserades framgångsrikt från ”rymdporten” Kourou i Franska Guyana och uppfyllde sitt uppdrag att placera många satelliter i omloppsbana för forskningsändamål. ArianeGroup utvecklade det 62 meter långa tunga lastfartyget Ariane 6 på uppdrag av Europeiska rymdorganisationen (ESA). Detta säkerställer Europas oberoende tillgång till rymden.

Efter den första lanseringen tog nästa Ariane -lanseringsfordon sig ut i rymden i mars 2025. För detta kräver det mer än 140 ton bränsle från väte och syre. Botten och toppen av de fyra bränsletankarna bildas av så kallade kupolsegment tillverkade av en aluminiumlegering speciellt tillverkad för detta ändamål. Dessa kupolformade komponenter är bland de mest stressade delarna av raketen och består av flera svetsade paneler. För att komponenterna ska klara de höga belastningarna under den korta flygningen ut i rymden måste de vara dimensionellt korrekta och fria från sprickor och restspänningar före svetsning. Detta uppnås genom så kallad ”peenforming” eller skottpeening. I denna formningsprocess formas en komponent — liknande klassisk smide — genom intensivt bombardemang med stålkulor av olika storlekar.

Shotpeening är en mycket krävande process, förklarar Alexander Hoschka, projektledare på MT Aerospace: ”Bollarna skjuts exakt och i exakt definierade mängder på komponenten med tryckluft. Konsten är att styra alla processparametrar som flödeshastighet, processtryck, kulhastighet och munstycksstyrning längs arbetsstycket. Eftersom formningen fortskrider med mer riktad sprängning måste robotarna flytta sprängningen bort från och tillbaka till arbetsstyckets yta inom 0,1 sekunder. Ett patenterat doseringssystem reglerar kulornas flödeshastigheter. Den är konstruerad för flöden upp till 30 kg/min och fem olika kuldiametrar upp till 10 mm kan bearbetas utan omkoppling. Det är viktigt att omedelbart ta bort trasiga bollar eller eventuellt främmande delar som skruvar från processen, eftersom de annars kan leda till irreparabel skada på raketdelen.

Denna speciella process utvecklades av MT Aerospace. Teknikledaren för lätta konstruktioner tillverkade av metall och kompositmaterial tillverkar kupolsegmenten i Augsburg, Bayern. ”Systemet är unikt över hela världen”, avslöjar Hoschka. ”Vi tog specifikt olika partners ombord för den här uppgiften.” Sprängprocessföretaget Sentenso fick i uppdrag att bygga en testmaskin för att utveckla peeningprocessen. Dataspecialisten Nebumind använde de insikter som erhållits för att implementera sofistikerade algoritmer för automatisk generering av peening-program och för att övervaka processen. Parallellt utvecklade och byggde maskintillverkaren Freymatic, i nära samarbete med MT Aerospace och TBM Automation, skottpeening-systemet inklusive hantering av delar.

Automationsföretaget TBM Automation var ansvarigt för systemets hjärta, den krävande doseringsprocessen för bollarna. Verkställande direktör Silvester Tribus förklarar: ”Vi var tvungna att se till att systemet alltid tillhandahåller rätt mängd bollar med rätt hastighet i sprängmunstyckena. Dessutom återanvänds bollarna och måste automatiskt sorteras därefter. För att integrera dessa och många andra funktioner som det komplexa transportsystemet, skyddsmekanismer, borttagning av defekta bollar och de två robotarna i systemet använder företaget från Rhendalen olika Siemens-komponenter. Fyra Simatic-styrenheter med olika kringutrustning arbetar i systemet. Siwarex mät- och vägningssystem övervakar exakt bollens kvantitet. Dessutom säkerställer 16 G120-enheter, flera HMI:er, RFID-system och en avbrottsfri Sitop-strömförsörjning smidig drift.

Styrenheterna och robotarna levererar sina data via en OPC-UA-anslutning till en kantdator. Detta gör alla processdata i systemet tillgängliga för AI-stödd utvärdering och programkorrigering. TBM-specialisterna implementerade automatiseringen helt i TIA Portal. ”Denna plattform möjliggör bekväm programmering, konfiguration och övervakning av automationssystem. Det är oumbärligt i vårt dagliga arbete. Vi har fyra certifierade TIA-programmerare som arbetar för oss, säger Hubert Mathis, projektledare för hårdvara på TBM. TBM Automation har varit en av Siemens Solution Partners sedan 2012, som har gedigen expertis och erfarenhet av användning av Siemens teknologier och produkter.

Komponenterna inspekteras noggrant efter tillverkningen. För att kunna bevisa sin kvalitet sömlöst när som helst lagras en digital tvilling av varje kupolsegment i databasen som utvecklats av Nebumind. Den innehåller mätdata från de otaliga sensorer som är installerade i maskinen och ger information om alla axelpositioner för robotarna. Skulle inkonsekvenser uppstå under extern kvalitetskontroll kan alla processer spåras exakt. Den stora mängden data bör också ge värdefull information för utvecklingen av framtida produkttyper.

Snart kommer nästa Ariane 6-raket att lämna jorden och utföra sina tjänster i rymden. Många fler rymduppdrag kommer att följa. Efterfrågan på raketlanseringssystem är för närvarande hög, både bland institutionella och kommersiella kunder hos MT Aerospace, avslöjar Hoschka: ”Vi är stolta över det framgångsrika projektet som bokstavligen har tagit fart tack vare det innovationsvänliga samarbetet mellan alla inblandade parter.”