미국 항공우주국 NASA가 로켓과 우주선이 발사 및 상승 과정에서 겪는 거친 충격과 진동을 정밀하게 분석할 수 있는 표준 모델링 절차를 마련했다. 플로리다 케네디우주센터 발사서비스프로그램 산하 다이내믹 엔바이론먼츠 그룹은 기존에 널리 쓰이는 상용 디지털 소프트웨어를 새롭게 조합해 유한요소 모델링 작업을 표준화하는 데 성공했다.
이번에 개발된 절차는 복잡한 하드웨어 구조를 잘게 쪼갠 뒤 특정 하중과 발사 환경에서 나타나는 반응을 컴퓨터로 예측하는 유한요소 해석에 기반한다. 실제 하드웨어를 제작하거나 발사대에 올리기 전에 잠재적인 고장 위험 요소를 걸러내고 지상에서 미리 보완하는 게 핵심이다.
연구진은 실제 NASA 임무에 참여하는 민간 발사 사업자의 로켓 인증 과정에서 이 방식을 처음 시험했다. 당시 해당 사업자는 진동 시험 데이터만 넘겼을 뿐 충격 시험 자료는 제출하지 않은 상태였다. 연구진은 자체 제작한 표준 템플릿을 활용해 여러 조건의 변수를 대입하고 구조물의 거동을 시각화했다. 과거라면 방대한 수작업 모델링이 필요했을 과정이다.
이를 통해 NASA는 민간 사업자가 제출한 비행 환경 시험 결과를 독자적으로 검증하고, 운송 과정의 충격에 관한 새로운 데이터를 손에 넣었다. 우주 발사체와 우주선은 기본적으로 진동과 충격을 버텨내도록 설계되지만 발사와 대기권 통과 과정에서 가해지는 힘은 부품 마모나 치명적인 비행 실패로 이어질 수 있다. 각 구성품이 요구되는 기준을 충족했는지 꼼꼼히 따져봐야 하는 이유다.
그동안 현장에서는 과거 임무 데이터를 변형해 쓰거나 경험적인 법칙에 의존해 부품에 미칠 영향을 어림잡아 왔다. 새 소프트웨어 기반 절차는 이러한 구형 방식을 대체한다. 표준화된 템플릿이 진동 프로파일과 충격 조건 분석을 이끌어주기 때문에, 관련 도구를 상시 다루지 않는 엔지니어도 복잡한 검증 과정을 헤쳐나갈 수 있게 됐다.
외부 분석 보고서가 나올 때까지 기다릴 필요 없이 연구진이 직접 데이터를 돌려볼 수 있게 되면서 전체 검증 기간은 수개월이나 줄어들었다. 그 과정에서 기존에는 놓치기 쉬웠던 잠재적 위험 요소까지 추가로 포착했다. 발사서비스프로그램은 지구관측 위성부터 대형 우주망원경, 화성 탐사선에 이르는 핵심 우주선을 실어나르는 로켓들을 총괄하는 조직이다. NASA는 이번에 정립한 분석 절차를 향후 모든 비행 하드웨어의 안전성 검증에 적극적으로 적용할 방침이다.
