Ariane 6 – gemaakt in Nederland
Nederland huist ESTEC, het technische hart en de grootste locatie van ESA. De meeste satellieten en ruimtevaartapparatuur passeren de revue in het testcentrum van ESTEC om goedgekeurd te worden voor gebruik in de ruimte, waaronder ook de bovenste trap van Europa's grootste raket, Ariane 6.
Nederland draagt 1,6% bij aan het totale Ariane 6-programma en bouwt en levert dus ook onderdelen voor de raket: de Nederlandse tak van Airbus bouwt de frames waarin de Vulcain- en Vinci-motoren worden bevestigd, terwijl APP de vlammen levert die de motoren bij de lancering doen ontbranden.
Deze reeks artikelen gaat over de onderdelen en componenten die nodig zijn om de Ariane 6-raket te bouwen – geleverd door bedrijven uit de 13 ESA-lidstaten die deelnemen aan het Ariane 6-programma. Samen dragen zij bij om de Europese zware draagraket te bouwen onder leiding van hoofdaannemer ArianeGroup, die ook de Ariane 6-raket heeft ontworpen.
Solide stuwkracht
De Nederlandse Airbus-fabriek in Leiden produceert de stuwkrachtframes voor de nieuwe Europese raket. Deze aluminium constructies hebben als enige doel de raketmotoren op hun plaats te houden – ten opzichte van de rest van de Ariane 6 – en de stuwkracht gelijkmatig over de raketstructuur te verdelen en deze efficiënt over te brengen. Dit zorgt ervoor dat de raket in de juiste richting versnelt met een snelheid ver boven die van het geluid.
Airbus Nederland levert twee stuwkrachtframes voor elke Ariane 6, één voor de hoofdmotor Vulcain en één voor de bovenste trap Vinci-motor. Airbus in Nederland is geen onbekende in de ontwikkeling van stuwkrachtframes, aangezien zij de belangrijkste leverancier waren van de frames voor de Ariane 5-serie raketten.
De twee stuwkrachtframes zijn zo ontworpen en gebouwd dat ze licht van gewicht zijn en plaats bieden aan de brandstofleidingen, elektriciteitsdraden en kabels die door het frame moeten lopen om de motor te bereiken voor besturing en brandstoftoevoer.
Hoewel de Ariane 6-motoren een enorme stuwkracht genereren, zijn er dankzij de geavanceerde constructiemethode van Airbus slechts 16 bouten nodig om de Vulcain 2.1 aan het stuwkrachtframe te bevestigen, dat in elkaar wordt gezet door een boor- en klinkrobot.
Dankzij integraal gefreesde structurele componenten bestaat het stuwkrachtframe van de bovenste trap uit slechts 11 onderdelen – vergeleken met meer dan 1000 onderdelen in de structuur van de Ariane 5. Deze sprong voorwaarts is te danken aan geavanceerde productietechnieken. De nieuwere modellen zijn lichter en vereisen minder handmatig werk om te produceren. Ze zijn ook kosteneffectiever dankzij hun innovatieve ontwerp en 'Industrie 4.0'-productieproces.
De productie van de frames duurt ongeveer een jaar, waarvan drie tot negen maanden in de fabriek bij Leiden. Het frame van de bovenste trap weegt slechts 330 kg en wordt naar Bremen in Duitsland verscheept voor integratie met de Vinci-motor en de bovenste trap. Het frame van de hoofdtrap weegt 4690 kg, is 5,1 m hoog en heeft een diameter van 5,4 m. Vanwege zijn omvang wordt het per boot vanuit de Airbus-fabriek naar Les Mureaux in Frankrijk vervoerd. Daar wordt het verbonden met de Vulcain 2.1-motor en de hoofdtrap.
Het begint allemaal met de ontsteking
In het dorp Klundert, aan het einde van de Maas, werken ongeveer 40 mensen bij Aerospace Propulsion Products, APP, dat nu deel uitmaakt van ArianeGroup. Deze mensen zijn gespecialiseerd in het ontsteken van raketmotoren. Het is een nichemarkt, want ze hebben maar één taak: de vlam leveren om een raketreactie op gang te brengen. Een uiterst belangrijk onderdeel: als ze niet ontsteken, zou de hele lancering op niks uitlopen en blijft de raket op zijn lanceerplek.
Het lanceren van een raket is letterlijk raketbouwkunde, maar alleen al het starten van een raket is een complexe prestatie op zich. Voor de kernfase van Ariane 6 is dat een proces in twee stappen. Eerst moet een gasgenerator worden gestart, waarbij de starter van APP heet gas levert om een turbopomp op gang te brengen. Tegelijkertijd zorgt een ontsteker van APP voor een vlam die de verbranding in de gasgenerator op gang brengt, waarna de turbopomp het stuwmiddel naar de verbrandingskamer van de hoofdmotor begint te pompen.
De ontstekers en starters die APP bouwt voor de Vulcain 2.1-hoofdmotor zijn in feite miniatuurraketmotoren op zich, maar dan ter grootte van een schoenendoos in plaats van meters hoog. Net als de grote Ariane 6-boosters zijn de ontstekers en starters gevuld met een vaste brandstof in een stervorm en ontsteekt een kleine vonk de vaste brandstof, waardoor een krachtige vlam ontstaat.
De ontstekers op de Vinci-motor van de bovenste trap zijn niet van het explosieve type. In plaats daarvan heeft APP een ontstekingssysteem ontworpen dat gebruikmaakt van gloeibougies, vergelijkbaar met het starten van een dieselmotor. Deze bougies ontsteken een mengsel van zuurstof en waterstofgas om een zeer krachtige vlam te creëren. Dit komt omdat de Vinci-motor herstartbaar is en het APP-systeem in staat moet zijn om Vinci tot vier keer toe per vlucht te starten.
Net als de stuwkrachtframes worden deze twee in Nederland ontwikkelde onderdelen naar Frankrijk en Duitsland verscheept om daar met hun motoren te worden geassembleerd. Voor de medewerkers van APP is het aftellen naar de lancering van Ariane 6 nog spannender, omdat sommige van hun onderdelen al vóór de lancering en zelfs vóór de ontsteking van de motor worden geactiveerd.
