상업 우주 분야에서의 개발 기간 단축

상업 우주 분야에서는 최근 혁신이 일어나고 있습니다. 이전에는 단일 대형 위성이 업계 표준이었지만 업계는 더 작은 위성들로 성좌를 구성하는 쪽으로 나아가고 있습니다. 이러한 위성의 별무리를 유지하려면 만드는 시간과 비용은 적고 양은 많아야 합니다. 발사체도 더 빈번하고 비용이 적게 드는 발사라는 압박으로 인해 유사한 제약을 받고 있습니다.

출시 시간이 그 어느 때보다 중요해졌지만, 기존 프로세스는 현재 필요한 속도와 적응성을 충족할 수 있도록 설계되지 않았습니다.

단축된 일정 요구 사항이 본질적으로 순차적 결정을 필요로 하는 기존의 폭포식 프로세스와 충돌할 경우 가능한 결과는 두 가지뿐입니다. 프로그램이 예산을 초과하거나 출시 날짜가 지연되는 것입니다. 둘 다 바람직하지 않으며 둘 다 우주 시장의 모든 기업에 수명과 성공 관점에서 문제를 제시합니다.

이 문제를 해결하려면 개별 프로그램을 수정하기보다는 근본적인 사고방식의 변화가 필요합니다. 필요한 것은 의사결정 방식과 우주 개발 방식의 변화입니다. 회사가 가장 위험한 프로그램 결정을 안정적이고 알려진 요구 사항과 분리할 수 있다면 기술적인 불확실성 속에서도 프로그램을 진행할 수 있습니다. 점점 더 복잡해지는 이러한 시스템을 테스트하는 데에도 유사한 프로세스를 적용할 수 있습니다.  

이와 같은 변화는 오늘날에는 현실입니다. 신호 기반 엔지니어링을 통해 개발된 유연하고 재구성 가능한 테스트 시스템을 사용하는 전략을 채택하는 회사는 테스트 시간을 절약하여 프로그램의 복잡성이 증가하더라도 시장 출시를 앞당기고 경쟁력을 높입니다.  

이 백서에서 테스트 업계 리더인 Tech180은 소형 위성 및 발사체 프로그램의 현재 과제와 재구성 가능성, 애자일 프로세스 및 신호 기반 엔지니어링을 특징으로 하는 솔루션을 살펴봅니다.  

^{그림 1: 소형 위성 전자 부품 및 제어 시스템의 기능과 HIL (hardware-in-the-loop) 테스트를 위한 대표 시스템}

​모든 것이 변하고 있지만 위성에서도 일부는 동일하게 유지됩니다. 여전히 페이로드를 지원하는 부품(태양 전지판, 연료, 통신 장치 및 추진기)으로 구성됩니다. 그리고 위성, 특히 소형 위성 간의 I/O는 프로그램 간에 대체로 유사합니다.  

^{그림 2: 대표 위성}

그러나 위성의 예상 개발 속도와 개발(및 테스트) 예산은 변했습니다. 평면 위성 연구소를 구축한다고 하면, 개발에 수년을 소비하고 검증 테스트에 추가로 수년을 소비하는 일회성 제품을 구축하는 것이 아닙니다. 위성 무리의 요소로 추가하기 위해 수십 번 재생산할 위성을 만드는 것입니다. 그리고 테스트는 검증에만 국한되지 않으며 생산 테스트도 고려되어야 합니다.

대표적인 위성 부품 및 I/O

• 태양광 패널
• 배터리
• 명령 및 데이터 처리 시스템
• 전기 전력 시스템
• 추진 장치
• 고도 제어 시스템
• 유도, 운항 및 제어 시스템
• LVDS
• RS422

​제품 요구 사항 종결 조건과 결합된 단일체형 테스트 시스템 설계는 폭포형 프로세스와 지연으로 이어집니다. 위성 및 발사체 프로그램은 모두 설계, 실패를 반복하는 애자일 프로세스로 이동하고 있습니다. 애자일 프로세스가 부족한 테스트 시스템 계획을 가진 회사는 이미 뒤쳐져 있습니다.  

현대 우주 시장에서는 설계에서 구축, 검증 테스트에 이르는 모든 생산 단계에서 애자일 프로세스로 전환하는 것이 필수적입니다.

“상업 항공우주 기업은 예전 방식으로 운영될 수 없습니다. 지연 시간이 새로운 우주 시장에 맞지 않게 너무 깁니다.”  

– Greg Sussman, 비즈니스 개발 관리자, Tech180

​"일정, 무게 또는 비용" 중 두 개를 선택해야 하는 시대는 끝났습니다.” 이제 세 분야 모두에서 성공해야 합니다. 설계를 단순화해 예산 안에서 개발 기간을 단축하는 것이 관건입니다.

위성과 마찬가지로 발사체 프로그램에도 변하지 않는 부품이 있습니다. I/O는 한 프로그램에서 다음 프로그램으로 정확히 동일하지는 않지만 종류가 제한적입니다. 이런 상당한 중첩은 공통 신호 유형에 대한 표준화를 허용하기에 충분하며, 이는 테스트 범위 충족을 빠르게 하고 시장 출시를 앞당기기 위한 필수적인 단계입니다.

그림 3: 프로그램 선택 삼각형   

                                                                                                                               ^{그림 4: 대표적 발사체 부품}    

대표적 발사체 I/O

• 솔레노이드 로드
• 이더넷
• LVDT
• 서보 모터
• 입력 전류 4-20mA
• 아날로그 I/O
• 디지털 I/O
• CAN 버스
• 열전쌍

발사체의 경우 빨리 발사하여 시장 점유율을 확보하는 것이 중요합니다. 일정이 미뤄지면 이 치열한 시장에서 다른 기업이 그 공백을 메울 수 있게 됩니다.

일정을 관리하고 설계를 단순화하고 먼저 시장에 출시해야 합니다. 

“일정이 왕입니다. 여러분이 발사하고 있지 않다면 다른 기업이 하고 있습니다.”  

– Chris Bakker, CEO, Tech 180

​상업용 우주 산업에서 개발 기간을 단축하는 열쇠는 설계 공간을 줄이는 것입니다. 신호 기반 엔지니어링을 통해 가능해진 표준화 및 모듈성은 시장 출시 시간을 앞당기는 재구성 가능한 시스템의 길을 열어줍니다. 다음 섹션은 이러한 각 전략이 서로 의존하여 효율성을 최대화하는 방법을 다룹니다.  

재구성 가능성 

재구성 가능한 테스트 시스템은 개발 기간 단축 전략의 핵심 요소입니다. 변화하는 요구 사항은 전통적으로 테스트 환경에서 애자일 의사 결정에 문제를 야기했습니다. 테스트 시스템이 설계된 후 요구 사항이 변경되면 지연과 재작업이 발생하고 일정이 오른쪽으로 밀려납니다. 재구성 가능성은 요구 사항이 변경됨에 따라 테스트 시스템을 쉽게 변경할 수 있도록 하여 이 문제를 해결합니다. 표준화된 구성 요소와 신호 기반 엔지니어링 방법론을 사용하는 모듈형 시스템 설계를 통해 이를 달성할 수 있으며 이에 대해서는 이 백서 뒷부분에서 설명합니다.

탄탄한 테스트 전략의 또 다른 핵심 구성 요소는 과거보다 더 큰 규모의 생산을 위한 재구성 가능성입니다. 다른 단계의 수명 주기 테스트를 위해 용도를 변경할 수 있는 테스트 시스템은 기존의 단일 수명 주기 단계 테스트 시스템에는 없는 이점을 제공합니다. 이전에는 위성을 소량 개발했기 때문에 생산 전략이 필요하지 않았지만 100개씩 개발하는 오늘날에는 생산 전략이 매우 필요합니다.  

재사용 가능한 테스트 시스템을 사용하면 최소한의 시간과 노력으로 검증 테스트에서 생산 테스트로 유연하게 이동할 수 있습니다. 수명 주기 단계 맞춤형 재구성 가능성이 유일한 이점은 아닙니다. 테스트 시스템은 재구성을 통해 다음 프로그램에도 사용할 수 있습니다.

표준 구성 요소를 사용한 모듈식 시스템 설계

위에서 언급했듯이 재구성 가능성은 호환성을 위해 함께 테스트된 표준 기성 부품을 사용하는 모듈식 시스템 설계 전략에 의존합니다.

재구성 가능한 테스트 시스템을 구축할 때 매우 중요한 것은 상용 기성(COTS) 부품으로 표준화하는 것입니다. 

NI의 PXI 와 SLSC(Switch Load and Signal Conditioning) 플랫폼은 유연한 최신 테스트 전략에 필요한 재구성 가능성을 보장하는 시스템을 구성할 수 있는 COTS 제품군을 제공합니다. Tech180은 이러한 플랫폼을 기반으로 호환성 테스트가 완료된 COTS 제품군을 통해 테스트 시스템을 구축합니다.

^{그림 5: NI PXI 및 SLSC 섀시}

신호 기반 엔지니어링의 역할

신호 기반 엔지니어링은 더 빠르고 모듈화된 테스트 시스템 접근 방식의 가장 중요한 요소입니다. 이를 통해 개별 신호를 완전히 분리하는 방식으로 개별 신호를 설계할 수 있으므로 한 신호의 구현을 다른 신호와 격리할 수 있습니다. 모듈식 하드웨어와 신호 기반 엔지니어링은 함께 작동하여 테스트 시스템 설계를 직렬화할 필요가 없도록 합니다. 대신 요구 사항이 발전함에 따라 시스템의 일부를 개별적으로 설계, 구축 및 검증할 수 있습니다. 변경 사항이 있는 경우 시스템의 나머지 부분에 영향을 주지 않고 일부를 재구성하고 조정할 수 있습니다.

비용 및 일정

재구성 가능한 테스트 시스템의 비용과 시간은 테스트해야 하는 신호의 복잡성과 양에 따라 다르지만 Tech180과 같은 회사는 약 12주 만에 시스템을 제공할 수 있습니다. 전 수명 주기 또는 프로그램 전반에 걸쳐 사용하도록 재구성할 수 있는 전체 턴키 시스템은 약 $400,000 USD에 구매할 수 있습니다. 이러한 시스템은 테스트 일정을 맞추면서 변화하는 요구 사항을 수용할 수 있는 유연성을 제공합니다. Tech180은 기본 플랫폼 구성에서 전체 턴키 시스템까지, 일정과 예산을 준수할 수 있도록 돕는 다양한 테스트 솔루션을 제공합니다. 

Tech180 소개

Tech180은 복잡성의 부담을 줄이는 재구성 가능한 테스트 시스템을 항공 우주 산업에 제공하여 테스트 장비에 덜 집중하고 미래를 위한 혁신에 더 집중할 수 있도록 합니다. 모듈식 테스트 시스템은 제품 요구 사항을 테스트 시스템 스펙으로 바꾸는 데 필요한 시간과 노력을 줄여 고품질 시스템을 더 빨리 제공할 수 있도록 합니다. 첨단 항공기, 우주선, 아직 상상조차 하지 못한 차량 등 지금 만들고 있는 제품뿐만 아니라 앞으로 개발할 제품도 테스트할 수 있습니다.