Sníh zajišťuje čistotu při vesmírných misích

I již nejmenší částice prachu nebo částice výrobních zbytků mohou ovlivnit výkon satelitů. Proto je třeba splnit extrémně vysoké požadavky na čistotu. (Zdroj obrázku: OHB System) / Since even tiniest grains of dust or particles of manufacturing residues can impair the performance of satellites, extreme high cleanliness requirements have to be fulfilled. (Photo credit: OHB System)

Pro čištění struktur CFRP satelitů – zde s integrovaným kabelovým svazkem a tepelnými komponenty – navrhly společnosti OHB System a acp řešení, které umožňuje ověření čistoty během samotného čištění. (Zdroj obrázku: OHB System) / To clean the CFRP structures of satellites - here with integrated cable harness and thermal components - OHB System and acp have designed a solution which enables cleanliness to be proved during the cleaning process. (Photo credit: OHB System)

Díky dvěma laserovým ukazovátkům integrovaným do hlavy trysky lze optimálně stanovit vzdálenost od vnitřních ploch, které je třeba vyčistit. (Zdroj obrázku: OHB System) / Thanks to the two laser pointers integrated into the nozzle head, the optimal distance away from the inner surfaces to be cleaned can be set. (Photo credit: OHB System)

Těsnicí kryt je pomocí jeřábu umístěn na vidlici čisticího stroje. Díky integraci kamerového systému do hlavy trysky je celý proces čištění živě viditelný na monitoru. (Zdroj obrázku: acp systems) / The baffle is placed on the fork of the cleaning machine by crane. A camera system integrated into the nozzle head displays the entire cleaning process live on the screen. (Photo credit: acp systems)

Otočný tryska je namontována na kopí, skrze jejíž otvory jsou odsávány odstraněné nečistoty. Důkaz čistoty je zajištěn pomocí vestavěného počítadla částic v odpadním vzduchu. (Zdroj obrázku: acp Systems) / The swiveling nozzle head is attached to a lance, through the openings of which the detached contamination is extracted. Proof of cleanliness is supplied by particle counters integrated into the exhaust air stream. (Photo credit: acp systems)

Pokud jde o výkon satelitů a jejich úspěšné nasazení ve vesmíru, mohou i nejmenší částice prachu nebo částice vzniklé při výrobě rozhodovat. Globální hráč v mezinárodním kosmickém průmyslu využívá s technologií quattroClean-šněrovacího paprsku řešení pro vnitřní čištění potažených struktur baffle a CFK s nebo bez integrovaného kabelového svazku, které umožňuje současný důkaz výsledku čištění.

Rodinná, burzovně obchodovaná společnost OHB SE, patří mezi tři hlavní hráče evropského kosmického průmyslu. Rozčleněná do obchodních oblastí Space Systems, Aerospace a Digital, zaměstnává přibližně 2 800 zaměstnanců. Největší dceřinou společností je OHB System AG se sídlem v Brémách a dalším pracovištěm v Oberpfaffenhofenu, která má více než čtyřicetileté zkušenosti s vývojem high-tech řešení pro kosmický průmysl a další oblasti použití, přičemž kompozitní materiály, jako je CFK, hrají důležitou roli. Do portfolia produktů a služeb společnosti patří realizace kompletních satelitních systémů pro pozorování Země, navigaci, telekomunikace, vědu a průzkum, stejně jako plánování a realizace misí pro výzkum vesmíru a vývoj systémů pro astronautiku. Jako systémová firma spolupracuje OHB System s předními národními i mezinárodními společnostmi na spojení technologií do nových řešení.

Splnění a prokázání vysokých požadavků na čistotu

To platí i v oblasti technologií čištění. Protože na nesprávném místě mohou již minimální částice vzniklé při výrobě ovlivnit výkon mise, za kterou společnost nese odpovědnost. „Proto jsme před jedenácti lety založili oblast Čistota a kontrola kontaminace. Nyní se o čistotu v rámci výrobního řetězce a inženýrství kontaminace, důkaz čistoty, simulaci jevů přenosu kontaminace a čištění v high-end sektoru stará jedenáct expertů,“ uvádí Dr. Axel Müller, vedoucí expert na kontrolu kontaminace ve společnosti OHB System. V roce 2016 bylo zahájeno kvalifikování technologie CO2-šněrovacího paprsku jako čistícího postupu pro kosmický průmysl. Šlo o čištění kabelových svazků a strukturálních dílů CFK s průměrem přibližně 2000 x 2000 mm, vybavených speciálním, světelně pohlcujícím černým nátěrem. Tento takzvaný baffle umožňuje, že pouze světlo nebo požadované obrazové informace jsou vedeny k optickým komponentům, jako jsou zrcadla, čočky a detektory. „Například při vibracích při startu se na zrcadlo dostanou jednotlivé částice, vznikají odlesky, které zkreslují obraz a mohou znamenat selhání mise,“ vysvětluje Axel Müller. „Pro nás je výzvou nejen dostat baffle uvnitř bez poškození tak čistý, že již nebudou přítomny částice větší než deset mikrometrů, ale také to dokázat. A tento důkaz je obvykle velmi práce, časově i finančně náročný.“ Na základě škálovatelné technologie quattroClean-šněrovacího paprsku od acp systems AG byla společně navržena odpovídající čisticí řešení a integrována do čistícího prostoru ISO 3.

Čtyři efekty pro vysoce čisté povrchy

Suchá technologie quattroClean využívá tekutý, klimaticky neutrální oxid uhličitý jako čistící médium, který je veden bezúdržbovou dvousložkovou kruhovou tryskou. Při výstupu z trysky se oxid uhličitý uvolňuje do jemného sněhu CO2, který je shromažďován samostatným kruhovým tlakovým vzduchovým paprskem a urychlován na rychlost nadzvukovou. Dobře zaostřitelný sněhový tlakový vzduchový paprsek při dopadu na čištěný povrch vytváří kombinaci tepelných, mechanických, rozpouštědlových a sublimace efektů. Díky spolupráci těchto čtyř mechanismů jsou částicové nečistoty až do submikrometrové velikosti a filmové kontaminace bezpečně a reprodukovatelně odstraňovány. Krystalický oxid uhličitý během procesu úplně sublimuje, takže čištěné povrchy jsou suché.

Čištění v čistícím prostoru s přímým důkazem čistoty

Na rozdíl od CO2, který po čištění zůstává v plynném stavu, se odstraněné výrobní zbytky a prach nerozpouštějí. Tento fakt přivedl odborníky na čistotu k myšlence provádět důkaz čistoty současně s čištěním. „Proto obklopujeme díl během čištění proudem čistého vzduchu, který cíleně odstraňuje kontaminace od dílu směrem k odsávání. Do tohoto proudění vzduchu jsme integrovali particle counter, který živě ukazuje, kolik částic v jaké velikosti je přítomno,“ uvádí Axel Müller. Třída čistoty prostoru se měřitelně zhoršuje při aktivitě. Měření počtu částic na objem umožňuje při přerušení čištění CO2 prokázat, že čistota prostoru se rychle obnovila. Poté začíná další krok čištění. Zbývající kontaminace jsou průběžně snižovány jejich počtem a velikostí a zároveň jsou dokumentovány. Tyto cykly čištění a regenerace se opakují tak dlouho, dokud baffle nesplní požadované specifikace čistoty z hlediska přijatelného zbytkového znečištění nebo rozložení velikostí částic. „Myslím, že technologie quattroClean-šněrovacího paprsku je jediným čistícím postupem, u kterého lze výsledek čištění sledovat živě,“ poznamenává Axel Müller.

Složitý čistící automat

Na základě těchto výsledků a již dokončené kvalifikace čistícího řešení pro kosmické aplikace navrhla společnost acp čistící automat v high purity provedení pro vnitřní čištění velkých, již kompletně smontovaných, semi-uzavřených struktur CFK tří různých baffle. Tento automat zahrnuje například přípravu médií pro tekutý oxid uhličitý, která zajišťuje čistotu 99,995 procent, a kvalitu tlakového vzduchu 1.2.1.

Maximálně 125 kg vážící baffle ve tvaru zploštělého hranolu s horním zaoblením je upevněn na rozhraní a pomocí jeřábu umístěn na vidlici zařízení. Toto zařízení se pohybuje ve směrech X, Y a Z. Aby bylo možné dosáhnout všech vnitřních ploch maximálně 1 600 x 1 600 x 2 000 mm velkých dílů, pohybuje se tryska s naklápěcím paprskem na tyči do baffle, skenuje jej vlnkovitě a při tom rotuje. Během čištění je vnitřní vzduch v baffle odsáván a přítomné částice jsou vyhodnocovány podle velikosti a počtu s cílem ověřit úspěšnost čištění.

Kontrola kolizí pomocí digitálního dvojčete

Kolize, které by mohly vést k poškození struktur CFK, musí být při čištění bezpečně vyloučeny. Současně je nutné zajistit, že každý požadovaný prostor bude řádně vyčištěn. Pohybové sekvence je proto nutné definovat individuálně pro každý baffle. „To se děje pomocí digitálního dvojčete, které zobrazuje zařízení, díl, proces čištění i úspěšnost čištění,“ vysvětluje Axel Müller. Pro měření vzdáleností je tryska vybavena ultrazvukovým senzorem a dvěma laserovými ukazateli. Díky integrovanému kamerovému systému jsou během čištění k dispozici živé snímky. Důkaz čistoty je prováděn pomocí particle counterů integrovaných do odtahového proudu. „S tímto zařízením, které je pravděpodobně na světě jedinečné, se nám daří čistit komponenty o faktor 10 000 čistější, než bylo dříve možné. A to s obrovskou úsporou času a výrazně vyšší bezpečností a reprodukovatelností procesu,“ dodává Axel Müller na závěr.