유럽의 새로운 우주를 위한 적층 제조
2023년 1월 16일 | 읽기 시간: 5분
신우주 산업은 초기부터 미국 중심의 산업이었지만, 새로운 기술이 등장하고 신우주 산업에 투자하는 민간 조직이 생겨나면서 그 지리적 초점이 전 세계로 확대되고 있습니다. 이 글에서는 적층 제조와 같은 첨단 기술과 유럽의 역할이 커지고 있는 신우주 산업의 세계화에 대해 살펴봅니다.
유럽에서 새로운 공간의 진출
기존의 우주 경쟁에서는 각국이 대기권 밖으로 가장 먼저 나가거나 달에 가장 먼저 착륙하기 위해 서로 경쟁했습니다. 하지만 뉴 스페이스에서는 이러한 국가 간 경계가 무너지기 시작했습니다. 우주 산업은 더 이상 정부 기관만 추구하는 벤처가 아니라 전문성, 개척 정신, 막대한 민간 자금과 벤처 캐피탈, 말 그대로 전 세계를 향한 야망을 가진 독립 기업들이 점차 우주 산업을 점유하기 시작하고 있습니다. 첨단 제조 기술, 인공위성과 그 부품의 소형화, 재사용 가능한 발사 시스템, 레이저 기반 통신 장치, 레이저 기반 점화 및 인공 지능 등 많은 기술적 혁신이 이 새로운 우주 물결을 이끌고 있습니다.
총체적으로 유럽은 우주 산업 발전에 기여하는 많은 정부 및 민간 사업체와 함께 가장 발전된 우주 인프라를 보유하고 있습니다. 이들 국가의 산업적, 과학적, 학문적 우수성이 수십 년 동안 기술의 경계를 계속 넓혀 왔기 때문에 이는 그리 놀라운 일이 아닙니다. 적층 제조와 같은 많은 발전이 우주 탐사에 직접적이고 매우 유익한 응용 분야를 가지고 있고, 강력한 우주 탐사 역사와 관련 인프라를 갖춘 유럽이 신우주 산업과 그 미래에 핵심적인 역할을 하는 것은 당연한 수순입니다.
뉴 스페이스 플레이어를 위한 유럽, 특히 독일의 시장이 성장하고 있습니다. 신생 스타트업의 선구자적 기업가 정신으로 촉발된 뉴 스페이스의 '새로운' 야망과 열정은 지난 몇 년 동안 유럽에도 영향을 미쳤습니다. 독일의 이사르 에어로스페이스, 하이임펄스, 로켓 팩토리, 영국의 오르벡스와 스카이로라, 스페인의 PLD 스페이스와 판게아 에어로스페이스와 같은 탄탄한 기업들이 등장했습니다.
EOS는 전 세계 대형 우주 기업 및 스타트업의 개념 증명(POC) 지원 파트너이자 업계의 특정 요구 사항에 맞게 적층 제조 솔루션을 맞춤화하는 등 신뢰할 수 있는 직렬 적층 제조 솔루션을 제공하는 파트너로서 파트너십을 맺어 왔습니다. EOS의 핵심적인 기여는 뉴 스페이스 플레이어가 야심찬 컨셉을 빠르고 안정적이며 비용 효율적인 방식으로 실현하고 제조하는 데 필수적인 제조 기술에 대한 접근성을 개선하는 동시에 성능 목표를 달성하는 것이었습니다.
뉴 스페이스의 전형적인 기업가 정신은 유럽우주국 (ESA) 이 유럽 전역의 수많은 BIC(비즈니스 인큐베이션 센터) 네트워크로 구성된 ESA 스페이스 솔루션을 통해 육성해 왔습니다. 현재 유럽에서 번창하고 있는 신우주 조직 및 프로젝트의 두 가지 우수 사례와 적층 가공이 이들의 발전에 어떻게 중요한 기여를 했는지 살펴보세요:
ESA의 프로메테우스
아리안 그룹, 프랑스 국립우주연구센터(CNES), ESA는 저비용, 유연성, 재사용성을 핵심으로 설계된 일련의 새로운 액체 로켓 엔진인 프로메테우스 프로젝트를 함께 진행하고 있습니다. 이 프로젝트의 목표는 100톤급 첨단 액체 산소(LOx) 및 메탄(LCH4) 엔진을 설계, 생산 및 테스트하는 것입니다. 이 엔진은 비용과 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 재사용이 가능하도록 설계되고 있습니다. 또한 다양한 발사 유형에 보다 포괄적으로 사용할 수 있도록 가변 추력 및 다중 점화 설정을 통해 유연하게 작동하도록 설계되었습니다.
이전에는 주요 기능 및 구조적 역할을 하는 로켓 엔진 부품을 적층 제조로 제작한 사례는 거의 없었습니다. 프로메테우스 프로젝트는 적층 가공의 설계 유연성과 생산 시간 단축을 통해 이를 변화시키는 것을 목표로 합니다. 프로메테우스 프로젝트의 최대 70%(엔진 무게)를 적층 가공으로 제작할 계획입니다. 이를 통해 부품 수를 줄이고 생산 속도를 높이며 낭비를 줄이면서 저비용 엔진 부품을 신속하게 생산할 수 있도록 공정을 최적화하는 것이 목표입니다. 이 프로젝트에서 적층 제조가 부품을 어떻게 발전시키고 있는지를 보여주는 강력한 사례 중 하나가 바로 프로메테우스 엔진을 위해 특별히 설계 및 생산된 아리아네의 모노샤프트 터보 펌프입니다. 이러한 노력은 발사의 비용과 복잡성을 크게 줄이고 유럽 우주 산업이 국제 경쟁력을 강화할 수 있게 해줄 것입니다.
이사르 항공 우주
뮌헨을 가로지르는 이사르 강의 이름을 딴 뮌헨 소재 이사르 에어로스페이스 테크놀로지스 GmbH는 ESA BIC 바이에른의 눈에 띄는 성공 사례 중 하나입니다.
Isar Aerospace는 중소형 위성은 물론 위성 별자리에 대한 우주 접근성을 더욱 유연하고 저렴하게 만들기 위해 노력하고 있습니다. Isar의 스펙트럼 발사기는 첨단 재료와 기술의 조합을 사용하여 전적으로 자체 개발되었습니다. Isar의 목표 중 하나는 기존의 유독성 로켓 연료를 탄화수소 혼합물로 대체하여 로켓 발사 시 배출되는 이산화탄소를 획기적으로 줄이는 것입니다. 이를 위해 Isar는 유독성 연료 엔진의 대안으로 최초의 고성능 LOX/탄화수소 엔진을 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이사르 에어로스페이스는 현재 첫 번째 로켓을 테스트 중이며, 2023년 첫 발사를 목표로 하고 있습니다.
적층 가공은 Isar Aerospace가 스펙트럼 발사기와 엔진을 성공적으로 개발하는 데 핵심적인 역할을 했으며, EOS가 직접 참여했습니다. 적층 가공에 대한 회사의 요구 사항이 "표준" 기계로 달성할 수 있는 수준을 넘어섰을 때, Isar Aerospace는 EOS 및 AMCM과 협력하여 사내에서만 적층 가공을 활용하고 달성할 수 있는 한계를 뛰어넘을 수 있는 맞춤형 기계를 만들었습니다. Isar Aerospace에게 적층 제조는 가단성과 진보성의 완벽한 균형을 제공합니다. 이를 통해 야심찬 성능 목표에 빠르게 도달할 수 있는 복잡한 형상을 개발하여 프로토타이핑 및 제조 공정 전반에 걸쳐 까다로운 기한을 맞출 수 있을 뿐만 아니라 생산량을 늘리는 동안 부품의 대량 납품을 보장할 수 있습니다.
적층 가공은 추진실 어셈블리처럼 가장 무겁고 리드 타임이 오래 걸리며 복잡하고 비용이 많이 드는 부품을 최적화하여 우주 산업의 복잡성 비용 절감 문제를 직접적으로 해결했습니다. 이를 위해서는 애플리케이션별 시스템 및 프로세스 맞춤화가 필요했는데, AMCM이 이를 가능하게 했습니다. AMCM M 4K는 더 많은 빌드 볼륨을 제공합니다. AMCM M 4K는 이미 뉴 스페이스 공급망에서 가장 큰 설치 기반을 갖춘 미션 크리티컬 부품을 위한 신뢰할 수 있는 시스템으로 자리 잡았습니다. 수동 또는 반자동 작동을 위한 분말 처리 옵션으로 450x450x1,000mm의 대형 건물 부피를 구현할 수 있습니다.
적층 제조 공정을 개선하고자 할 때 우리는 AMCM M 450을 사용하기로 결정했습니다. EOS의 이 안정적인 장비는 AMCM의 커스터마이징 덕분에 엔진 설계에 필요한 제작 공간을 제공할 수 있게 되었습니다.
저희는 장비의 높은 가동률을 달성하고 싶기 때문에 인쇄 작업 사이의 비활용 시간은 반드시 줄여야 하는 중요한 변수입니다. 특히 더 효과적인 결과를 얻기 위해 AMCM과 함께 연구하고 있는 완전 자동 파우더 관리(흡입, 체질, 리필 등)를 생각하고 있습니다.
Christian Wenzl, Isar Aerospace의 제조 책임자
새로운 공간의 미래 설계
적층 제조는 신우주 산업에서 부품을 설계하고 생산하는 데 중요한 역할을 해왔습니다. 이를 통해 기업은 생산 공정과 부품의 기능을 지속적으로 개선할 수 있었지만, 이러한 발전을 충분히 활용하려면 다른 기술과의 통합이 필요합니다.
신우주 기업의 차세대 발사체, 엔진 및 모듈은 디지털 디자인, 인공지능, 신소재 및 적층 제조와 같은 제조 방법과 같은 기술의 지속적인 진화에 의해 근본적으로 가능해질 것입니다. 신우주 산업의 업스트림 응용 분야는 크게 성장하고 있으며, SpaceX의 스타링크나 아마존의 카이퍼와 같은 거대 위성 별자리 외에도 최근 EU는 자체 별자리 IRIS²를 발표했습니다. 유럽 전역에 걸쳐 우주 및 관련 산업을 전문으로 하는 기업이 늘어남에 따라 우주의 미래는 분명 글로벌화되고 있습니다.
저자: 저자: 비누 비자얀
