우주 항공 응용 분야에서 초정밀 모션 제어 구성요소의 활용과 중요성
최근 항공우주 관련 활동이 정부 기관에서 상업 기관 및 신생 기 업이 주도하는 성장산업의 하나로 인식됨에 따라 우주선의 유형 과 그들이 지원하는 임무도 확장되고 있다. 이 다각화 산업은 자율 탐사 차량, 태양 돛, 인터넷 위성 별자리, 우주 쓰레기 제거 및 재사용 가능한 우주선과 같은 혁신적인 개 념을 제공하고 있다. 다른 많은 혁신 기술과 마찬가지로 우주에서의 안정적 작동은 정밀 모션 구성 요소에 의존된다. 미션 실패를 막기 위해서는 혁신, 노하우 및 독창성으로 알려진 모션 장치 공 급업체를 선택하는 것이 중요하다.
고품질 제품으로 설계 시작
기계 시스템은 일반적으로 지구와 우주에서 다르게 작동하지만 맞춤형 모션 구성 요소에 모두 들어가기 전에 설계의 시작점으로 표준 제품을 검토하는 것이 여전히 합리적이다. 결국 안정성은 우 주 응용 분야에서 가장 중요하며 모션 제품 전문가는 해당 표준 구성 요소에서 수집한 수년간의 경험과 응용 데이터를 보유하게 된다. 이를 통해 우주에서 안정적으로 작동할 제품 요소와 수정 또는 교체가 필요한 요소를 결정하는 데 도움이 된다. 다음은 우 주 응용 제품을 위한 모션 제품 지정을 시작할 때 고려해야 할 몇 가지 사항에 대한 개요이다.
• 선형 가이드: 예를 들어 IKO의 리니어 가이드와 레일은 자율 탐사 차량을 타고 우주에서 신뢰할 수 있는 것으로 입증되었다. 우수한 강성과 긴 수명으로 부드럽고 정확한 동작을 제공하는 뛰어난 야 금학적 특성을 제공한다. 많은 선형 가이드에는 교체 가능한 부품이 있어 설계자가 공간 조건에 맞게 가이드를 수정할 수 있다.
• 크로스 롤러 베어링(CRB): 진공 및 저온을 견딜 수 있도록 수정된 CRB는 지상 기반 시스템에 신호를 보내는 소형 WiFi 위성의 레 이더 접시와 같은 우주선에서 안정적으로 작동할 수 있다. 크기가 작기 때문에 군용 감시 카메라의 회전 메커니즘에도 이상적이다.
• 캠 팔로워: 회전 운동을 선형 운동으로 변환하는 데 널리 사용되 는 캠 팔로워는 안테나 또는 우주 정거장 및 인공위성과 같은 태 양 전지판을 펴거나 접는 데 매우 적합하다. IKO 캠 팔로워는 작 은 마찰 계수, 외부 링 회전을 위해 설계된 우수한 회전 성능 및 높은 부하 용량을 특징으로 한다.
표준 제품으로 시작하는 것은 실용적일 뿐만 아니라 가장 경제적 으로 실행 가능한 옵션이 될 수도 있다. 우주 환경에 대한 몇 가지 수정을 통해 표준 부품은 궁극적으로 임무에 막대한 비용이 소요 될 수 있는 이국적인 부품을 만드는 것보다 훨씬 저렴할 수 있다.
우주에서의 모션 구성 요소 활용성
다음 고려 사항은 우주에서의 적용을 위한 모션 구성 요소를 지정할 때 조사해야 할 일반적인 요소 중 일부이다. 이러한 고려 사항 중 일부는 Mars Curiosity 및 Perseverance 로버의 Mastcam 에 통합할 때 NASA의 JPL(Jet Propulsion Laboratory)과 함께 LWL 미니어처 선형 모션 롤링 가이드에 대한 수정 사항을 포함 한다. 이 온보드 카메라 시스템은 분석을 위해 지구로 다시 전송 되는 탐색용 파노라마 이미지를 생성한다.
• 진공 상태에서 작동: Curiosity 로버에 사용된 LWL 리니어 가이 드는 먼지, 실밥, 오일 및 녹이 없는 특수 진공 및 클린룸 스타일 포장으로 제공되었다. 기체 방출로 인한 오염은 부품 고장의 가능 성이 많다는 점을 명심해야 한다. 일부 표준 선형 가이드는 지구 상의 제어된 진공 환경을 위해 만들어지지만 우주에서 의도한 대 로 작동하려면 일부 사용자 정의가 필요하다. 또한 기존의 윤활 그리스는 사용할 수 없으므로 공급업체에서 가장 적합한 그리스 또는 건식 필름 윤활제를 권장한다.
• 표면 코팅: 윤활 그리스와 마찬가지로 크롬 도금과 같은 전통적 인 표면 보호 방법은 공간에서 작동하지 않을 수 있다. 모션 구성 요소 전문가는 정밀하고 얇은 조밀한 크롬 증착과 같은 대안을 제안할 수 있다. 장치가 레이저 또는 기타 광원과 상호 작용하는 경 우 특정 코팅이 빛을 반사할 수 있다. 이러한 경우 IKO는 종종 어 두운 색상의 코팅을 권장한다.
• 극한의 온도: 과도한 열은 리니어 가이드 또는 베어링 내의 중요 한 부품을 팽창 또는 수축시켜 신뢰성을 저해할 수 있다. 부품 재 료의 열역학에 대해서는 모션 제품 전문가에게 문의해야 한다. 다 른 재료는 다른 비율로 팽창 및 수축할 수 있다. 예를 들어, 잠재 적인 문제가 발생할 수 있는지, 간극이 필요한지, 온도가 예압에 어떤 영향을 미치는지 등을 알아야 한다. Mars Curiosity 로버의 경우 IKO의 LWL 가이드는 -130°C에서 지속적으로 부드러운 모 션을 제공하도록 맞춤화 되었으며, 발사 전에 적절한 간격으로 작 동하는지 확인하기 위해 엄격한 저온 벤치 테스트를 거쳤다. 가이 드의 볼 재순환 및 볼 유지 기능도 최적화되어 변동하는 온도에서 일관된 동작을 보장한다.
• 부식: 우주 응용 분야는 부식과 그 영향의 심각한 위협에 직면하 여 스테인리스 스틸이 모션 장치용 재료로 합리적인 선택이 되도록 한다. IKO의 ML 시리즈는 부식 방지 오일을 사용할 수 없는 용도에 적합한 표준 스테인리스 스틸 직동 안내기기의 한 예이다. IKO는 이 소형 경량 가이드에 비표준 방청 윤활제를 추천할 수 있다.
• 무게: 때때로 몇 온스를 절약함으로써 부품의 모션 상태가 바뀌 어지며 또한 수천 달러를 절약할 수도 있다. IKO는 설계자와 협력 하여 이상적인 공간 성능 대 중량 비율을 달성하고 더 작은 크기 의 제품 선택, 선형 가이드의 경량 롤링 요소 또는 장착 구멍 외에 레일에 추가 구멍과 같은 ‘경량화’ 전략을 제안할 수 있다.
• 오염 방지: Curiosity 카메라용 렌즈 시스템을 설계할 때 배운 교 훈 중 하나는 작은 메커니즘이 쉽게 끼이는 경향이 있다는 것이다. 오염 물질이 장치의 정확성을 방해하거나 조기에 고장을 일으키는 것을 방지하려면 가혹하거나 부식성 환경을 위해 특별히 설 계된 씰, 와이퍼 또는 커버 시트 및 엔드 플레이트와 같은 액세서 리를 고려해야 한다.
JPL은 전체 임무를 위해 원격 제어를 통해 자체적으로 작동 할 수 있는 시스템과 구성 요소를 요구한다. 2011년 출범 이후 Curiosity의 2년 임무는 무기한 연장되어 오늘날에도 여전히 운 영되고 있다. LWL 리니어 가이드의 안정적인 작동은 우주 응용 프로그램의 우발적 상황을 해결하기 위해 장치를 계획, 테스트 및 조정하기 위해 파트너가 될 모션 구성 요소 공급업체를 선택하는 가치를 강조한다. 실제로 LWL 미니어처 선형 모션 롤링 가이드는 Curiosity의 후속 제품인 Perseverance에서도 열심히 작동하고 있다.
우주 애플리케이션에 적합한 파트너 선택
우주 응용 분야를 위한 모션 부품을 선택할 때 공급업체에서 찾아 야 할 경우가 많다. 앞서 언급한 바와 같이 모션 목표, 대규모 제 품 포트폴리오 및 이러한 목표를 달성할 수 있는 기능에 대한 깊 은 이해가 있어야 한다. 많은 회사가 회전 또는 직선 운동과 같은 특정 전문 분야에 집중하고 있지만 출발점을 형성하는 표준 제품 의 전체 범위나 궁극적인 솔루션을 개발 및 연마할 수 있는 유연 성이 없을 수 있다. 그리고 목표를 달성하기 위한 설계 옵션을 이 해한 후에는 프로세스 초기에 광범위한 모션 전문 지식과 엔지니 어링 기능을 갖춘 회사와 협력해야 한다. 그들은 최종 제품을 제 공할 수 있을 뿐만 아니라 그 과정에서 귀하의 디자인 파트너가 될 수 있다.
계속해서 항공우주 산업은 IKO에게 모션 문제를 제시한다. IKO 는 혁신, 지식 및 독창성으로 많은 중요 산업에서 잘 알려져 있다. 그리고 신뢰할 수 있는 제품을 제공한 오랜 역사를 가지고 있다.
IKO 관계자는 “광범위한 협업을 통해 IKO는 구성 요소를 수정 하고 맞춤형 엔지니어링하여 운영 환경의 기대치를 충족할 것이 다. 모션 구성 요소가 비행선, 탐사 차량, 로봇 메커니즘 또는 지상 지원 장비를 위한 것인지 여부에 관계없이 우주 시스템 설계자는 모션 제품이 임무 수명과 그 이후에도 안정적으로 작동하도록 설 계될 것이라고 확신할 수 있다”고 말했다.
자료제공: IKO(www.ikont.com)
