로스 필라멘트 와인더, 아리안 6 발사체 부품 생산으로 중량 35%·비용 50% 절감

세계 최대 규모 필라멘트 와인딩 시스템 중 하나가 곧 아리안 6(Ariane 6) 우주 발사체 부품 생산을 시작한다. 아리안 6는 2020년 초 유럽우주국(ESA) 위성을 지구 궤도로 수송할 예정이다. 로스 컴포지트 머시너리(Roth Composite Machinery, 독일 슈테펜베르크)가 고객인 아비오(Avio, 이탈리아 콜레페로)와 긴밀히 협력해 설계한 이 거대한 로스 필라멘트 와인딩 머신 군은 아비오가 아리안 6 부스터 로켓의 외부 케이싱(이륙 추진 모터) 등 다양한 부품을 생산할 수 있게 해준다.

오늘날 발사체 엔진 케이싱과 많은 부품은 경량 복합재로 제작된다. 케이싱이 주로 원통형이므로 필라멘트 와인딩이 일반적인 공정 선택이지만, 일부 부품에는 프리프레그 공정도 사용된다. 필라멘트 와인딩 탄소 복합재 부스터 케이스가 아리안 6에서 현재 운용 중인 아리안 5의 강철 케이스를 대체한다. 복합재 사용으로 아리안 6 부스터 단 중량이 전작 대비 최대 35% 감소한다. 현재 수준의 복합재 사용만으로도 아리안 6 시스템 전체 운영 비용에 뚜렷한 영향: 톤당 발사 비용이 최대 50% 급감할 전망.

아비오와 로스는 아리안 5와 베가(Vega) 로켓 제조 관련 과거 프로젝트 공동 경험을 잘 살렸다. 새 필라멘트 와인딩 센터는 최대 길이 17m, 대형 작업 직경 3.6m, 약 120톤 와인딩 맨드럴 지지 가능. 3개 캐리지가 3가지 다른 와인딩 공정 지원; 각 캐리지 길이 7.4m, 최대 분당 90m 이동.

• 1번 캐리지: 금형 없는 복합재 구조(부스터 내부 첫 층)용 맨드럴에 열보호 테이프 와인딩. 테이프 가황 후 2번 캐리지로 토우프레그(towpreg) 와인딩 공정 수행.
• 3번 캐리지: 자동 테이프 레이잉(ATL)용 파이버 공급 헤드 장착 - 아비오가 특허 출원 중인 기능. 부스터 부착 부품의 복잡한 기하형상에 테이프 정밀 레이다운 가능. 테이프는 초음파 절단 헤드로 절단·트리밍. ATL 기술은 아비오가 로스 및 이탈리아 소재 타 파트너와 공동 개발.

아리안 6 부스터는 길이 15m, 직경 최대 3.6m. 탑재체 크기와 무게에 따라 로켓당 2~4개 부스터가 고체 연료로 채워져 1단 비행 단계에 충분한 부스트 제공. 가족 기업 로스 인더스트리(Roth Industries) 산하 로스 컴포지트 머시너리 소속인 만프레드 로스(Manfred Roth) 사장은 "복합재 부문에서 우리는 세계 시장 리더군에 속합니다."라고 자사의 최근 행보를 평가했다.