인공위성의 실제 기기는 오염에 매우 민감합니다. 이 활동은 광학 기기와 같이 민감한 표면에 가까이 도포하여 오염을 낮은 수준으로 유지할 수 있는 분자 흡수 코팅을 개발하는 것을 목표로 합니다.

SLPMC2 기간 동안의 개발에 이어, 이번 프로젝트 “A3Lub2” AAC는 엔싱거 신티미드(AT)의 신소재 TS8591에 대한 검증을 성공적으로 수행했습니다. 그 후 대형 배치형 반사경(LDR)에 필요한 모든 핵심 베어링을 제조했습니다. AAC는 축 방향 및 반경 방향 예압을 조합할 수 있는 새로운 “DYNAX” 설정에서 광범위한 테스트를 실행하고 현장에서 변경했습니다. 그 결과 지구 관측 임무 “CIMR'의 LDR로 선정되는 쾌거를 이룰 수 있었습니다.

이 프로젝트의 주요 목표는 범용 접근 방식을 기반으로 다양한 애플리케이션에 사용할 수 있는 우주 분야용 드라이브 유닛을 개발하는 것이었습니다. 우주 드라이브의 66% 비용 절감과 기존 10개월에서 3개월 이내로 배송 시간 단축이 목표였습니다. AAC의 역할은 마찰 부품의 선택과 드라이브 유닛의 테스트였습니다.

“컴플라이언트 메커니즘'이란 베어링이나 기어와 같은 마찰 부품을 대체할 수 있는 벌크 부품을 말하며, 베어링이나 기어와 달리 윤활이 필요하지 않습니다. 형상 기억 합금(SMA)을 사용하면 기존 모터를 사용하지 않고도 모션을 생성할 수 있습니다. ESA 프로젝트 4Dprint에서 RHP(AT)는 3D 프린팅을 통해 호환 메커니즘(로터리 액추에이터)을 제작했습니다. 이 성능은 AAC의 TVAC에서 테스트되었습니다. 따라서 기어 테스트 장비 HADES는 TVAC에서 강성, 출력 토크 및 출력 각도를 측정하도록 조정되었습니다.

지난 몇 년 동안 AAC는 주로 항공 애플리케이션을 위해 수지 주입으로 제조된 복합 부품의 유동 전면, 경화 및 구조적 상태 모니터링을 위한 새로운 하이브리드 다기능 압전/온도 센서 및 모니터링 개념을 개발했습니다.
“LiMoCoSS'의 주요 목표는 위에서 언급한 개념의 아이디어를 활용하여 제조, 보관, 운송 및 사용 중 복합 구조물의 실시간 모니터링을 통해 습식 와인딩과 같은 우주 관련 복합 구조물 및 제조 기술에 대한 센서 및 모니터링 기술을 개발하는 것입니다.

이 활동은 윤활유의 총 질량 손실에 영향을 미치는 가장 중요한 임무 요인을 모두 포함한 장수명 메커니즘을 위한 증발 모델을 개발하는 것을 목표로 합니다. 우주 엔지니어가 메커니즘을 더욱 정밀하게 구축할 수 있도록 가스 방출 거동을 계산하는 웹 기반 도구가 개발되었습니다.

ESA는 우주 애플리케이션을 위한 차세대 다기능 필름을 개발하기 위해 HPS, AAC, DLR이 주도하는 100만 유로 규모의 프로젝트에 자금을 지원했습니다. 위성 보호 및 성능 향상을 목표로 하는 이 프로젝트는 단열, 탈궤도 시스템 및 스텔스 기술에 사용할 수 있는 ATOX 저항성, 무반사성, 적응성 등의 기능을 갖춘 첨단 소재를 개발하는 데 중점을 두고 있습니다.

선형 피에조 모터를 사용하면 뛰어난 토크 대 질량비, 비가역성, 무전원 시 안정적인 위치 지정 등 매력적인 이점을 얻을 수 있습니다. 마찰 기반 액추에이터는 유지 시간 동안 에너지가 필요하지 않습니다. 그러나 안정적인 마찰과 낮은 마모가 필요하다는 단점이 있으며, ESA 프로젝트 내에서 AAC는 이러한 피에조 모터의 스틱-슬립 운동에 대한 대표적인 방식으로 마찰 계수를 검증하는 역할을 맡았습니다. 기대에 못 미치는 결과를 얻은 AAC는 FFG 프로젝트 “Friction-to-Move” 내에서 주변 공기 및 고진공에서 중간 정도의 안정적인 마찰을 제공하는 새로운 코팅을 개발할 수 있었습니다. 

이 프로젝트는 우주 메커니즘 설계자가 사용할 수 있는 미로 씰을 통한 윤활유 증발을 예측하는 개선되고 간소화된 방법론을 개발하는 것을 목표로 합니다. 이 예측은 수명이 다한 베어링에 충분한 양의 윤활유가 있는지 확인하고, 두 번째로 주변의 민감한 표면에 대한 분자 오염의 잠재적 위험을 추정하는 데 매우 중요합니다.

볼 베어링의 경우, 우수한 내마모성을 확보하고 높은 접촉 응력을 견딜 수 있도록 경도가 높은 강재가 개발되었지만 응력 부식 균열(SCC)에 대한 저항성은 없었습니다. 그러나 고효율과 경량화를 추구하는 추세로 인해 베어링과 하우징을 결합하는 등 “통합 솔루션'이 등장하면서 링에 인장 응력이 나타나고 SCC 호환성 문제가 발생했습니다. 이 프로젝트를 통해 크로니듀어 강재가 50%의 Rp02 응력 수준에서 부식 및 응력 부식 균열 현상 없이 SCC 테스트를 견딜 수 있는 열처리를 검증했습니다. 하모닉 드라이브 ® 기어는 크로니듀어로 가공하고 AAC를 통해 열처리한 웨이브 제너레이터 베어링을 사용했습니다. 열 진공 상태에서 약 6개월간(+90°C ~ -40°C) 수명 테스트를 실시한 결과 베어링 링의 상태가 양호한 것으로 나타났습니다.

슬립링은 인공위성의 일반적인 구성 요소로, 전기 신호와 전력을 회전축으로 전달하는 데 사용됩니다. 지난 몇 년 동안 이 분야에 대한 많은 연구개발이 진행되어 왔으며, 슬립링 테스트에 있어 실제 트라이보미터가 한계에 도달하고 있다는 사실이 밝혀졌습니다. “루스트” 프로젝트의 목표는 기존 테스트 방법을 저온까지 확장하여 윤활 슬립링이 상온 및 고온뿐만 아니라 저온 조건에서도 가능한지 검증하는 것입니다.

2019년에는 오스트리아(FFG)와 독일(DLR)의 양측 자금 지원 하에 ASAP 프로젝트가 성공적으로 마무리될 수 있었습니다. 이 프로젝트는 고체 윤활식 하모닉 드라이브 기어(HD)의 토크와 수명을 향상시키는 것을 목표로 했습니다. 제조업체인 Harmonic Drive SE(독일) 및 오스트리아의 열처리(HMW) 공급업체와 함께 우주용 기어에 사용되는 PH강에 대한 질화 공정 최적화를 위해 상당한 노력을 기울였습니다. 가장 큰 문제는 표준 질화 공정에서 PH강에 매우 부서지기 쉬운 “백색 에칭 층”이 형성된다는 것이었습니다. 새로운 공정은 이러한 층을 피하고 표면 경도를 개선하여 마찰 응력을 받는 표면의 기계적 지지력을 향상시키는 것을 목표로 합니다. 최종 수명 테스트는 톱니에 주석 코팅을 사용하여 완전히 고체 윤활된 새로 질화된 하모닉 드라이브® 기어에 대해 수행되었습니다. 수명을 4000회 미만에서 거의 15.000회까지 늘릴 수 있었습니다.

오스트리아(FFG)와 독일(DLR)의 양측 자금 지원 하에 진행된 ASAP 프로젝트는 고체 윤활식 Harmonic Drive ® 기어(HD)의 토크와 수명 향상을 목표로 했습니다. 제조업체 Harmonic Drive SE(독일) 및 오스트리아의 열처리 공급업체와 함께 우주용 기어에 사용되는 PH강을 위한 새로운 질화 공정을 개발했습니다. 이 새로운 공정은 취성 WE 층을 방지하고 표면 경도를 개선하는 것을 목표로 합니다. 2021년 ESA-MREP 프로젝트 “저온에서 작동하는 메커니즘”의 하모닉 드라이브 ® 기어에는 새로 질화 처리된 부품이 장착되었습니다. 80°C에서 -5°C 사이의 영구 열 순환에서 63,000회 이상의 출력 회전 수명 테스트가 고효율로 성공했습니다.

벌크 메탈릭 글라스(BMG)는 아직은 생소한 소재입니다. 사실 급속 냉각된 금속 합금입니다. 급속 냉각은 액체의 비정질 상태를 “동결”시키고 결정화를 방해합니다. AAC는 RHP의 하청업체로서 스프링과 홀드다운 및 릴리스 메커니즘(HDRM)에 대한 재료 특성화 및 적용 테스트를 지원했습니다. 발사 조건에서 실시한 프레팅 테스트에서 BMG는 자체에 접촉한 상태에서 놀라울 정도로 낮은 접착력을 보였습니다. 따라서 벌크 메탈릭 글래스는 HDRM에 흥미로운 새로운 옵션이 될 수 있습니다.

비유럽연합 공급업체로부터 의존하지 않기 위해 AAC의 지원을 받아 엔싱거 신티미드(AT)가 PTFE를 기반으로 한 새로운 소재를 개발했습니다. 볼 베어링의 케이지로 사용하면 케이지에서 볼이 윤활유를 레이스에 전달할 수 있습니다. 베어링은 장기 볼 베어링 테스트에서 낮은 토크를 보인 새로운 PTFE 기반 재료로 만든 케이지에만 장착할 수 있습니다.

ESA 프로젝트 “마그네틱 브레이크”에서 오스트리아 컨소시엄은 모터에 부착하여 유지 토크를 높일 수 있는 제동 시스템을 설계, 제작 및 테스트했습니다. 이 장치인 마그네틱 브레이크는 비접촉식이고 마모가 없으며 위성의 전력 소비를 줄이는 데 도움이 됩니다. AAC의 역할은 우주 조건(고진공 고온 및 저온)에서 마그네틱 브레이크를 테스트하고 예상 성능을 검증하는 것이었습니다. 테스트 캠페인은 2023년에 성공적으로 완료되었으며, 이 장치는 ESA의 사양을 뛰어넘는 성능을 보여주었습니다.

“재료 시험소” 35주년 기념식 @ AAC 

AAC는 2024년에 금속 재료 특성화에 관한 ESTEC(이하 “ESA 테스트하우스”)과의 프레임 계약이 35주년을 맞이하게 된 것을 자랑스럽게 발표합니다. 우리 우주 그룹은 1989년에 ESA/ESTEC과 첫 계약을 맺을 수 있었습니다. 그 이후 AAC는 공개 경쟁을 통해 4번이나 이 계약을 재체결하는 데 성공했습니다. 목표는 우주에서 사용할 새로운 재료와 공정을 검증하는 것입니다. 이 계약은 우주 엔지니어가 새로운 재료나 공정을 임무에 적용하는 데 필요한 데이터를 제공해야 합니다. 우주에 대한 검증은 비용과 시간이 많이 소요되기 때문에 일반적으로 임무 중에는 불가능합니다. 

최근 AM(적층 제조, 3D 프린팅)으로 만든 신소재의 SCC 저항성을 검증하는 연구가 계속되고 있습니다. 이 계약의 핵심 역량 중 하나는 1990년대에 ESA가 시작한 “냉간 용접'입니다. 마침내 ESA는 AAC와 냉간 용접에 대한 접촉 쌍의 위험성을 벤치마킹하는 테스트 방법에 대해 합의하고 이를 ”STM-279“로 발표했습니다. 그 동안 여러 쌍이 선별되었고 생성된 데이터는 온라인 데이터베이스를 통해 사용할 수 있습니다. 다가오는 새로운 요구 사항으로 인해 이 표준은 최근 AAC에서 업데이트되었으며 ESA에서 검토 중입니다.