아리안 6: 이기는 정밀함

2024년 7월 9일에 때가 왔어요. 신형 아리안 6호 로켓이 프랑스령 기아나의 “우주기지” 쿠루에서 성공적으로 발사돼서 연구 목적으로 수많은 위성을 궤도에 배치하는 임무를 완수했어요.아리안 그룹이 유럽우주국 (ESA) 을 대신해 62미터 길이의 헤비리프트 발사체 아리안 6호를 개발했어요.이를 통해 유럽의 독립적인 우주 접근이 보장돼요.

첫 발사 이후, 다음 아리안 발사체가 2025년 3월에 우주에 도착했어요.그러려면 수소와 산소 연료가 140톤 이상 필요해요.연료 탱크 네 개 중 아래쪽과 위쪽은 이 용도로 특별히 제조된 알루미늄 합금으로 만든 이른바 돔 세그먼트로 구성돼요.이 돔 모양의 부품들은 로켓에서 가장 큰 응력을 받는 부품 중 하나이고 여러 개의 용접 패널로 이루어져 있어요.부품이 짧은 우주 비행 시 고하중을 견딜 수 있으려면 치수가 정확하고 용접 전 균열이나 잔류 응력이 없어야 해요.이것은 소위 “핀 포밍” 또는 샷 피닝을 통해 이루어져요.이 성형 공정에서는 일반 단조와 비슷하게 크기가 다른 강철 볼로 강도 높은 충격을 가해 부품을 성형해요.

MT Aerospace의 프로젝트 매니저인 Alexander Hoschka는 샷 피닝은 매우 까다로운 프로세스라고 설명합니다. “압축 공기를 사용하여 볼을 부품에 정확히 정해진 수량으로 정확하게 사격해요.공작물을 따라 유속, 공정 압력, 볼 속도, 노즐 유도 등 모든 공정 파라미터를 제어하는 것이 기술이에요.성형은 좀 더 표적화된 블라스팅으로 진행되기 때문에 로봇이 0.1초 이내에 블래스트를 공작물 표면에서 멀어졌다가 다시 공작물 표면으로 옮겨야 해요.”특허받은 도징 시스템이 볼의 유속을 조절해요.최대 30 kg/분의 유속에 맞게 설계되었으며 최대 10mm의 볼 직경 다섯 개를 전환 없이 처리할 수 있어요.부러진 볼이나 나사 같은 이물질을 공정에서 즉시 제거하는 것이 중요해요. 그러지 않으면 로켓 부품에 돌이킬 수 없는 손상을 입힐 수 있으니까요.

이 특수 프로세스는 MT 에어로스페이스에서 개발했어요.금속과 복합 재료로 만든 경량 구조물의 기술 리더가 바이에른 아우크스부르크에서 돔 세그먼트를 생산해요.호슈카는 이렇게 말합니다. “시스템은 전 세계적으로 유일해요.“우리는 특히 이 작업을 위해 다양한 파트너를 참여시켰어요.”블라스트 프로세스 기술 회사 Senteso는 피닝 프로세스 개발을 위한 테스트 머신 제작을 의뢰받았어요.데이터 전문가 네부마인드는 얻은 통찰력을 사용하여 피닝 프로그램 자동 생성을 위한 정교한 알고리즘을 구현하고 프로세스를 모니터링했어요.동시에 기계 제조업체 프레이매틱은 MT Aerospace 및 TBM Automation과 긴밀히 협력하여 부품 처리를 포함한 쇼트피닝 시스템을 개발하고 제작했어요.

자동화 회사 TBM Automation이 시스템의 핵심인 까다로운 볼 도징 프로세스를 담당했어요.실베스터 트라이버스 (Silvester Tribus) 매니징 디렉터는 이렇게 설명합니다. “시스템이 블래스트 노즐에 항상 적절한 속도로 적절한 양의 볼을 공급하도록 해야 했어요.게다가 공은 재사용되므로 그에 따라 자동으로 분류되어야 해요.”라인 계곡에 있는 이 회사는 이러한 기능과 복잡한 운송 시스템, 보호 메커니즘, 결함 있는 볼 제거, 로봇 두 대 등 수많은 다른 기능을 시스템에 통합하기 위해 다양한 Siemens 부품을 사용해요.시스템에서 다양한 주변 장치를 가진 네 개의 Simatic 컨트롤러가 작동 중이에요.SIWAREX 측정 및 계량 시스템이 볼 양을 정확하게 모니터링해요.게다가 G120 드라이브 16개, HMI 여러 대, RFID 시스템, 무정전 Sitop 전원 공급 장치로 원활한 작동이 보장돼요.

컨트롤러와 로봇이 OPC-UA 연결을 통해 엣지 컴퓨터에 데이터를 전달해요.이렇게 하면 시스템의 모든 프로세스 데이터를 AI 지원 평가와 프로그램 수정에 사용할 수 있어요.TBM 전문가들이 TIA Portal에서 자동화를 완전히 구현했어요.“이 플랫폼을 사용하면 자동화 시스템을 쉽게 프로그래밍, 구성, 모니터링할 수 있어요.일상 업무에서 없어서는 안 될 존재예요.TIA 공인 프로그래머 네 명이 일하고 있어요.” TBM의 하드웨어 프로젝트 매니저인 휴버트 매티스가 말합니다.TBM 오토메이션은 2012년부터 지멘스 솔루션 파트너로 활동해왔고, 지멘스 기술과 제품 사용에 대한 탄탄한 전문성과 경험을 가지고 있어요.

부품들은 제조 후 철저하게 검사돼요.언제든지 원활하게 품질을 증명할 수 있도록 각 돔 세그먼트의 디지털 트윈이 Nebumind에서 개발한 데이터베이스에 저장돼요.기계에 설치된 수많은 센서의 측정 데이터를 포함하고 로봇의 모든 축 위치에 대한 정보를 제공해요.외부 품질 관리 중에 불일치가 발생하면 모든 프로세스를 정확하게 추적할 수 있어요.대량의 데이터는 향후 제품 유형 개발에 유용한 정보도 제공해야 해요.

곧 다음 아리안 6 로켓이 지구를 떠나 우주에서 임무를 수행할 거예요.앞으로 더 많은 우주 임무가 있을 거예요.Hoschka는 MT Aerospace의 기관 고객과 상업 고객 모두 현재 로켓 발사 시스템에 대한 수요가 높다고 밝혔습니다. “모든 관련 당사자들의 혁신 친화적인 협력 덕분에 말 그대로 성공적인 프로젝트를 이룬 것이 자랑스럽습니다.”