우주항공에도 레이저: 우주항공을 위한 TRUMPF의 5개 애플리케이션

레이저가 극도로 안정적이고 밀봉용접할 수 있다는 것은 심박조율기 및 이후 전기자동차배터리에서 입증했습니다. 우주항공도 이제 축적된 공정 노하우를 활용하여 스테인레스강, 알루미늄, 티타늄 및 인코넬 같은 초합금을 용접하고 있습니다. 주된 이유는 분당 여러 미터에 달하는 빠른 프로세스 속도와 센서에 최적화된 에너지 입력 덕분에 심이 말끔하기 때문입니다. 레이저 밀봉용접은 로켓 탱크와 같이 특히 중요한 분야에서 표준이 되고 있습니다. 엔지니어가 가장 작은 양의 연료라도 통과되고 있음을 발견하면, 팀은 로켓 발사를 취소해야 합니다. 누출을 아무도 발견하지 못하면 엔진이 시동될 때 대참사가 발생할 것입니다. 이것이 바로 우주항공기업들이 레이저로 안전하게 가공하려는 이유입니다.

용접 시 극초단 펄스 레이저는 서로 다른 재료를 파손 방지 및 기밀 방식으로 결합할 정도로 에너지 사용량에서 매우 미세합니다. 예를 들어 유리와 금속의 경우. 이러한 조합은 위성의 광학 컴포넌트와 아마도 우주정거장의 창문에 특히 흥미로울 것입니다. 이 레이저 연결부에 대한 가장 중요한 주장의 근거는 바로 직접적이라는 것입니다. 즉 복잡한 나사 연결부나 온도에 민감한 접착제가 필요하지 않음을 의미합니다(이 두 요소는 중량도 추가합니다). NASA는 유리와 특수 합금인 인바(invar)로 만든 극초단 펄스 레이저로 용접된 연결부를 이미 점검했으며 이를 사용할 계획입니다. 많은 경우 유리와 다른 재료와의 직접적인 연결부 또는 유리-유리 연결부가 우주에서 유리를 사용하는 유일한 방법입니다. 탄소섬유강화 열가소성 수지와 금속이 포함된 기타 플라스틱의 단펄스 레이저를 사용한 직접 연결부도 점점 더 전통적인 나사 연결부를 대체하고 있습니다.

존재하지 않는 모든 킬로그램은 우주로의 비행비용을 더 저렴하게 만듭니다. 로켓의 경우 중량이 가벼울수록, 더 많은 적재 하중을 실을 수 있기 때문입니다. 그리고 적재 하중이 가벼우면, 적재 하중에 자체에 비해 티켓도 저렴해집니다. 기업이 카메라 홀더와 같은 구조물 구성품을 프린팅하기 시작했을 때, 이 점이 바로 주된 고려사항이었습니다. 즉 가능한 한 적은 재료를 사용하고 순수한 기능을 기반으로 제작하는 것이었습니다. 이제 설계 혁명이 구성품을 더 가볍게 만들 뿐만 아니라, 더 나은 설계가 가능하기 때문에 훨씬 더 안정적이라는 것도 분명해졌습니다. 마지막으로, 3D 프린팅을 사용한 제조(특히 인코넬과 같은 내열성 초합금의 경우)는 회전과 같은 기존 기계장치식 공정보다 궁극적으로 훨씬 저렴합니다. 우주항공에서 거의 모든 길은 3D 프린터로 이어지고 있습니다.

우주에서의 데이터 전송은 곧 레이저 신호를 통해 수행될 것입니다. 저공 비행 LEO 위성은 초당(!) 약 7,800km의 속도로 지구 주위를 질주하고 있습니다. 안정적인 데이터 연결을 위해서는 LEO 위성 하나만 연결하는 것으로는 충분하지 않습니다. 곧 다른 대륙으로 넘어갈 것이기 때문입니다. 네트워크에 따라 다릅니다. 향후 LEO 위성은 수천 킬로미터 이상을 비행하는 레이저 정보 빔인 레이저를 사용하여 정보를 교환할 것입니다. 궤도-지구 교환도 곧 레이저로 전환될 예정입니다. 왜냐하면 레이저는 전파보다 최대 100배나 빠른 데이터 전송속도를 갖고 있기 때문입니다. 좋은 소식은 스트리밍, AI 클라우드, 사물 인터넷 및 다양한 데이터 기반 서비스로 인해 데이터 교환의 필요성이 급격히 증가하고 있습니다. 그 밖의 유용한 점은 레이저 기반 데이터 전송은 물리적인 이유로 가로챌 수 없습니다. 첩보활동 시도는 즉시 발견될 것입니다. 위성에서 위성으로, 위성에서 지구로의 레이저 전송이 이미 첨단 군사위성에서 진행되고 있습니다. 전문가들은 이 테크놀로지가 10년 안에 상용 네크워크에도 사용될 것으로 추정하고 있습니다.

로켓 엔진과 추진기(탐사기나 위성을 정렬, 제동 또는 가속하는 소형 엔진)가 작동하려면 연료를 위한 내부 냉각 채널이 필요합니다. 미니 추진기의 경우 단순히 벽 두께가 작기 때문에 적층 가공 외에는 다른 대안이 없으며 더 큰 추진기의 경우에도 더 저렴한 것은 없습니다. 레이저 메탈 증착은 엔진 노즐과 같은 내부 채널이 있는 더 큰 구조물을 만드는 데에도 사용할 수 있습니다. 추가 하이라이트: 이 공정은 바이메탈이며 기능에 따라 원하는 금속을 구성합니다. 노즐의 경우 최적의 열흐름을 위해 내부에 구리가 있고 외부에는 안정성을 위해 강력한 인코넬층이 있습니다.