2,8 kilometer svetsfog i munstycket till Europas nya bärraket

2019-08-30 06:00  

Det tar ett år att bygga och innehåller cirka 2 800 meter svetsfog. I dag invigs anläggningen i Trollhättan där munstycket till Europas kommande jätteraket ska tillverkas.

Europas verkliga arbetshäst för att sända upp saker i rymden har de senaste decennierna varit Ariane 5. Totalt 103 uppskjutningar har hittills hunnits med. Några till ska det bli men trotjänaren är på väg att gå i pension och kommer att ersättas av Ariane 6. Första uppskjutningen av Ariane 6 är planerad till nästa år.

GKN Aerospace i Trollhättan bygger redan munstycket och turbinerna till huvudmotorn Vulcain 2 på Ariane 5.

2014 togs beslutet att basera även efterföljaren Ariane 6 på Vulcain-motorn, nu med versionsbeteckningen 2.1, och GKN vann kontraktet att fortsätta tillverka munstycket. I dag invigs anläggningen där den rejält uppdaterade varianten ska produceras.

Började på riktigt 2014

– Vårt projekt startade på riktigt när beslutet togs 2014. Men flera av produktionsmetoderna vi nu använder började vi utveckla långt tidigare, säger Carolina Kalliokorpi, programchef för munstycken på GKN.

Läs mer: Stort rymdkontrakt till Trollhättan

De båda generationerna munstycken liknar varandra funktionsmässigt även om det finns en del avgörande skillnader vad gäller kylning, förklarar Michael Hallberg, chefsingenjör för tillverkning på GKN. Den stora skillnaden ligger i stället i hur de produceras.

– Produktionsuppläggen är fruktansvärt olika, säger han.

Att sänka kostnaden är en viktig faktor. Beställaren Ariane Group har krävt en minskning i storleksordningen 40 procent jämfört med det gamla munstycket.

”Elon Musk driver på kostnadsminskningar”

– Det krävs för att Europa ska kunna vara konkurrenskraftigt. Framför allt USA och Elon Musk (vd för Space X, reds anm) driver på kostnadsminskningar på ett sätt som vi inte har sett förut, säger Carolina Kalliokorpi.

Munstycket är 2,3 meter högt och 2,1 meter i diameter vid utloppet. Mycket förenklat består det av två klockformade plåtkonor, en inre och en yttre, som svetsas ihop till en så kallad sandwichvägg. Materialet är nickelbaserade superlegeringar som tål höga temperaturer.

Totalt förses varje munstycke med cirka 2,8 kilometer svetsfog, vilket också inkluderar andra detaljer som ska fästas på sandwichväggen. På munstyckets utsida fästs förstyvningsband och en förstärkningsjacka för att ta upp krafterna vid uppskjutning.

Kylning: 3 500 grader ska bli 900

En av orsakerna till det ymniga svetsandet är munstyckets inbyggda kylkanaler. Dessa fräses längs den inre konens utsida. Kanalernas djup är bara omkring 1 millimeter. Vid uppskjutning kommer flytande väte med en temperatur på -250 grader Celsius att strömma i kanalerna. Trots att flamtemperaturen är 3 500 grader kan temperaturen på munstyckets insida begränsas till cirka 900 grader tack vare kylningen.

Läs mer: Halv miljard till svensk flygmotorforskning

På det gamla munstycket löstes kylningen på ett annorlunda sätt. I överdelen satt spirallindade rör där kylvätskan flödade och i nederdelen en filmkyld kjol som fick kylningen från turbinavgaserna.

Går inte att se var man ska svetsa

En av utmaningarna med det nya sättet att tillverka munstycket är att det inte går att se var den yttre och inre konen ska svetsas ihop. Svetsfogarna måste placeras på de ställen där innerkonan inte har frästa kanaler. I samarbete med danska Force Technology har GKN därför utvecklat en röntgenfogföljare som detekterar var kanalerna finns och berättar för lasersvetsen var den ska svetsa för att skapa sandwichväggen.

Att fräsa kanaler i en detalj som är flera meter stor men bara i storleksordningen millimetern tjock låter sig inte heller göras utan besvär. GKN har därför utvecklat en metod för att ultraljudstyra fräsdjupet.

– Det är väldigt stora komponenter och väldigt tuffa toleranser. När vi fräser kanalerna gäller det att vi ligger inom tiondelars millimeter i precision, säger Carolina Kalliokorpi.

Minimera det manuella arbetet

Anledningen till den fundamentalt annorlunda tillverkningen handlar om att minimera det manuella arbetet och klara de tuffa toleranserna.

– Vi går till en klart mer automatiserad produktion. Nu har vi bara 30-40 ingående detaljer, en reduktion med en faktor tio jämfört med det gamla munstycket, säger Michael Hallberg.

Cirka 95 procent av arbetet kommer att kunna göras i den nya verkstaden som invigs i dag. Det innebär också en stor fördel.

– Tidigare har munstyckena flyttats runt på företaget och konkurrerat med annan tillverkning. Nu får vi bättre flöde och kan sänka produkt- och ledtider, säger han.

En engångsprodukt

Någon återanvändbarhet, vilket har blivit Space X signum, handlar det dock inte om i fallet Ariane 6. Att tillverka ett munstycke tar cirka ett år i anspråk men det är i nuläget en engångsprodukt.

GKN levererar sex munstycken om året till Ariane 5. Med den nya verkstaden kommer takten att kunna höjas till 9–12 munstycken per år.

– Det är nästan dubbel volym. Men vi pratar förstås fortfarande om extrem lågvolymproduktion, säger Carolina Kalliokorpi.

Investeringen 200 miljoner kronor

Hela investeringen ligger i storleksordningen 200 miljoner kronor och innebär bland annat en dedikerad lasersvets till sandwichsvetsningen och en multisvets som klarar av både laser- och tig-svetsning samt så kallad metalldeponering, en form av additiv tillverkning. En ny fräs har också köpts in och integrerats med den egenutvecklade ultraljudsstyrningen.

Dagens invigning är förstås en viktig milstolpe för GKN men en hel del arbete återstår ännu innan produktionen är i full gång. En av de enorma svetscellerna väntar fortfarande på att installeras. Planen är att den ska vara igång efter årsskiftet.

Redan samma år kommer GKN få det ultimata kvittot på vad de har levererat när den första Ariane 6-raketen skjuts upp mot skyn.

Fakta: Ariane 6

En europeisk bärraket som blir efterföljare till Ariane 5. Första uppskjutningen planeras till 2020.

Tillverkare: Ariane Group

Höjd: 63 meter

Steg: Två, där GKN:s munstycke sitter på det första stegets Vulcain-motor.

Bränsle: Flytande syre och väte i de båda raketstegen. Sidoboosterna är av fastbränsletyp.

Varianter: Två, A62 med två sidoboosters och A64 med fyra boosters.

Vikt: 530–860 ton

Kapacitet: 5 000 resp. 11 500 kilo till GTO (Geosynchronous Transfer Orbit) för A62 resp. A64.

Johan Kristensson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt