탁월한 사용 수명과 매우 견고한 – KNF 펌프는 약속을 지킵니다
KNF 진공 펌프와 시스템은 뉘렘베르크에 소재한 FAU 대학교에서 과학 연구에 사용됩니다
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국제우주정거장(ISS)의 우주 비행사 6명은 매일 시속 28,000 km로 시공간을 통과하며 지구를 돌고 있습니다. 24시간 동안 16회를 회전합니다. 비행하는 ‘생활 및 작업 공간’이 극한 조건에 맞게 설계되어 있기 때문에 우주 비행사들은 살아갈 수 있습니다. ISS는 필수적인 안정성을 제공하고, 그 셸과 글레이징은 고온, 저온, 압력 손실로부터 선체를 보호하며 유틸리티는 지상 생활과 약간 유사한 환경을 우주에 구현합니다. 우주 비행사의 생존은 모든 시스템과 구성품의 신뢰도에 달려 있습니다.
우리는 협력 파트너의 추천을 통해, ISS에서 사용된 공기의 재순환 용도에 적용할 펌프에 대한 문의를 받았습니다. 이런 프로젝트의 기술 요구 사항은 대단히 까다로우며 협력 및 협업이 반드시 일치해야 합니다.
우리 엔지니어링 팀은 4년 동안 에어버스 디펜스 앤 스페이스(Airbus Defense and Space)와 함께 유체 펌프를 개발하는 과업에 도전했습니다. 에어버스 디펜스 앤 스페이스는 에어버스 그룹 계열사로, 군용 항공, 군사 및 민간 항공우주 시스템, 방위/보안용 센서 및 통신 기술 전문 기업입니다.
우주 공간에서 사용하기 위한 펌프는 2018년 가을에 완성되었습니다. 최종적으로 두 개의 펌프가 새로운 생명지원 랙(Life Support Rack)에 탑재되었습니다. ACLS(Advanced Closed Loop System)라고도 하는 이 장치는 우주선 내부 공기에서 이산화탄소를 회수하여 전기 분해를 통해 승무원이 마실 신선한 산소를 생성하는 작업을 수행합니다. 새로운 ACLS 랙은 독일 ESA 우주 비행사 알렉산더 거스트가 자신이 ISS 사령관으로 있던 2018년 11월 2일 ISS Destiny 모듈에 설치하였습니다.
사용된 두 개의 다이어프램 펌프는 물에서 산소와 수소를 생성하는 전기분해 장치의 부품이었습니다. 펌프는 공급수를 비닐 봉지에서 ACLS로 전달했습니다. 우선 우주선 내부 공기의 이산화탄소를 메탄과 물로 변환하여 산소를 추출했습니다. 이 과정에는 수소가 필요한데 이는 다시 물 분자를 분해하여 에너지를 공급함으로써 얻게 됩니다. 전기 분해 공정으로 물에서 호흡 가능한 산소를 추출했습니다.
산소 재활용을 통해 매년 450 kg의 물 부하 절감
에어버스는 이 시스템을 우주 비행사 3명에 맞게 설계하여 연간 450 kg의 추가적인 물 부하를 절약할 수 있을 것으로 예상했습니다. 탑재물 1 kg당 33,000유로가 소요되는 것을 감안할 때 ACLS는 약 1,500만 유로의 비용을 절감한 것입니다. 최대 가동 시 ACLS는 하루 3 kg의 이산화탄소를 추출하고 2.5 kg의 산소를 공급하며 1.2 kg의 물을 생산합니다.
우주 비행 중 모든 프로세스가 항상 안전하게 실행되도록 하려면 굉장히 안정적인 구성 요소와 시스템이 필요했습니다. 펌프 설계에 대한 요구도 그에 상응하여 높았습니다. 지표면 상공 400 km 고도에서는 적절히 빠른 시간 내에 결함 부품을 교체할 수 없기 때문입니다.
여기서 개발자들은 지구상에서 가장 작고 강력하며 내구성과 효율성이 높은 것으로 검증된 유체 펌프를 신중하게 선택했습니다. 그리고 나서도 48개월 동안 계속해서 새로운 사양을 받았습니다. 엔지니어링 팀은 사용된 표준 펌프의 주요 부품은 그대로 유지하면서, 신뢰성을 유지함과 동시에 공간에 맞는 펌프를 만들기 위해 구조를 크게 변경해야 하는 과제에 직면했습니다. 펌프는 수 차례 변경을 거쳤습니다. 하우징은 스테인레스 스틸로 제작했으며, 진공 볼 베어링을 최적화하고, 유체 연결에 적합한 스테인레스 스틸 피팅을 만들었습니다. 또한 엔지니어들은 공간 절약형 드라이브 모터 통합 문제를 해결해야 했습니다.
이렇게 까다로운 과제는 구조적 가능성의 한계를 넓혀 매년 전 세계 펌프 프로젝트를 수주하는 데 유리한 결과를 가져왔습니다. 대부분은 성공적인 프로젝트로 발전해 가고 있습니다. 우주용 펌프도 마찬가지입니다.
