RUAG 3D 프린팅 위성 부품

많은 사람들이 우주의 무한한 광활함에 대해 이야기하면 보통 할리우드 영화 스튜디오에서 들려주는 공상 과학 이야기를 떠올립니다. 하지만 현실에서는 다른 어떤 분야보다도 우주 여행에 필요한 기술을 개발하고 우주에 배치할 준비를 하는 데 있어 강력한 의지와 명확한 비전이 필수적입니다. 스위스 기술 그룹 RUAG가 지구를 높은 곳에서 관측하기 위해 설계한 센티널 위성을 제작할 때 직면한 도전이 바로 이런 것이었습니다. 지구 대기권을 넘어 우주에서도 적층 제조가 핵심적인 역할을 하고 있습니다.

도전 과제

센티널 위성을 위한 매우 가볍고 견고한 안테나 브래킷 생산

2016년 독일 항공우주센터(DLR)의 보고서에 따르면, 운반된 페이로드 1kg당 우주 탐사 임무 비용은 20,000유로 이상입니다. 1그램을 절약할 때마다 상승에 필요한 연료가 줄어들기 때문에 총 발사 비용이 줄어듭니다. 결과적으로 항공우주 엔지니어는 초과 중량이 빠르게 누적되기 때문에 모든 구성 요소에서 가능한 모든 그램을 줄여야 합니다. 이 경우 스위스 RUAG 그룹은 최적으로 설계된 안테나 브래킷이 필요했습니다.

하지만 무게 최적화만으로는 충분하지 않습니다. 로켓이 발사되면 페이로드가 크게 흔들리고 진동이 상당히 심해집니다.

또한 시속 수천 킬로미터에 달하는 엄청난 속도와 높은 중력가속도는 여객기에서 기대하는 것만큼 비행이 부드럽지 않다는 것을 의미합니다. 안정성과 강성은 모든 사양 시트에서 두 번째로 중요한 요소입니다. 안타깝게도 이러한 요구 사항은 일반적으로 경량 설계의 필요성과 정반대되는 경우가 많습니다.

엔지니어는 복잡한 구조를 사용하여 형태와 무게 사이에서 실행 가능한 수준의 절충점을 찾습니다.

RUAG 팀은 기존의 제조 방식이 한계에 다다랐기 때문에 안테나 브래킷의 구조에 맞는 최적의 강도와 무게 조합을 찾았습니다.

다행히도 적층 가공은 필요한 설계의 자유를 실현할 수 있는 완벽한 가능성을 제공했습니다. 부품 테스트는 앞서 언급한 진동으로 인해 특히 어려운 과제였습니다. 우주 공간에서는 일반적으로 수리가 불가능하기 때문에 신뢰성이 중요합니다. 이는 또한 이러한 구성 요소의 인증이 장기간에 걸친 복잡한 과정인 이유를 설명합니다. 모든 인증은 이를 획득한 엔지니어에게 영예를 안겨줍니다. 

결과

이러한 노력의 결과로 센티널 위성을 위한 새로운 안테나 브래킷은 모든 기대치를 뛰어넘었습니다. 이 부품은 인증을 받았으며, 우주 공간에서의 활용에 대한 승인을 받았습니다. 우주에서의 적층 가공이 아직 초기 단계라는 점을 고려하면 이 성과는 더욱 놀랍습니다. 

예를 들어, 부품의 최소 강성 요건은 난기류 비행 후에도 이상적인 안테나 위치에 도달하고 지구와의 무선 통신을 보장하기에 충분한 여유인 30% 이상을 초과했습니다. 부분적으로는 매우 균일한 응력 분포 덕분에 필요한 수준의 안정성을 달성할 수 있었습니다.

또한 적층 제조를 통해 최종 부품의 무게를 1.6kg에서 940g으로 크게 줄여 40% 이상 절감할 수 있었습니다.

이 사례에서는 혁신적인 기술을 사용하여 부품 특성 개선과 시스템 비용 절감이라는 예상치 못한 조합을 달성하는 데 성공했습니다. "이 프로젝트의 결과에 매우 만족합니다. 우리는 공정 측면에서 미지의 영역에 진입했고 안정적이고 가벼운 부품으로 보상을 받았습니다."라고 항공우주 엔지니어 Mouriaux는 말합니다.

"적층 제조는 우주 여행의 기본적인 절차적 요구 사항을 충족할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 다양한 설계 이점과 부품 자체의 특성이 이를 확실히 입증했습니다. 앞으로 이 기술의 잠재력이 매우 크다고 생각합니다."