Vattenskärning löser framtidens raketforskning

Att skicka ut satelliter i omloppsbana är idag en stor global industri. I Sverige finns en världsledande leverantör av lastbärare och separationssystem för kommersiella uppskjutningsfarkoster. De tillverkar system som är kompatibla med alla kommersiella satellitbussar världen över. Som marknadsledare utreder man hela tiden nya sätt att utveckla rymdtekniken ytterligare. Den här gången handlade det om nya sätt att använda sig av kolfiberteknik.

Syftet med lastbärare och separationssystem är att ta med satelliten ut i omloppsbana. Systemen säkerställer att satelliten sitter säkert fast på raketen under den krävande resan ut i rymden Systemen säkerställer att satelliten sitter säkert fast på raketen under den krävande resan ut i rymden, och levererar den värdefulla lasten med precision.

Dagens lastbärare är tillverkade av en del aluminium och en del kolfibermaterial. De två delarna är noggrant ihop bultade till en stor kona som kan vara flera meter i diameter. Konstruktionen har en imponerande prestanda. Över 600 separationer har genomförts i omlopp runt jorden med 100 procentig framgång.

Men beräkningar har visat att en konstruktion som består av 100% kolfiber skulle ge en avsevärd förbättring i både vikt och styvhet. En ny konstruktion som skulle kunna öka både lasteffektivitet och lönsamhet.  Istället för att bulta ihop två olika material skulle finger fog-teknik kunna användas – samma teknik som används för limträbalkar. Finger fog är en metod för sammanfogning av liknande materialtyper. Den ger ökad kontaktyta och starka fogar.

Men för att skapa fingerfogar i kolfibermaterial var varken fräsning eller sågning lämpliga som bearbetningsmetoder. De tätt formade kurvorna, toleranskraven och materialets egenskaper gjorde att vattenskärning ansågs vara den mest lämpliga bearbetningsmetoden. Water Jet Sweden kontaktades för att göra riktiga skärester med vattenskärningstekniken.

– Komplexa geometrier i kolfiber är ofta svåra att bearbeta effektivt utan att använda vattenskärning, förklarar Tony Ryd, Teknisk Chef på Water Jet Sweden.

Testskärningen gick ut på att skära ut 47 mm långa fingefogar i 12 mm tjock kolfiber i ämnen med en omkrets på 7.22 meter. Skärsnitten måste hålla en mycket hög tolerans på 0.1 mm runt cirkelns omkrets för att säkert kunna limmas ihop. En mycket avancerade FiveX machine från Water Jet Sweden valdes för att utföra testskärningen.

– Vårt FiveX maskinsystem är unik eftersom den kan utföra abrasiv vattenskärning i full 3D med extremt hög precision. Det är en maskintyp som vi har konstruerat specifikt för den här typen av avancerade tillämpningar, summerar Tony Ryd.

Testskäringen blev slutligen lyckad. Den visade att lastbärare helt i kolfiber är fullt möjliga för framtidens rymdindustri. Det visade också att vattenskärning är en effektiv metod för framtidens raketforskning och för komplex bearbetning av hårda kolfibermaterial.