STK를 사용하여 우주 직업 훈련을 받는 대학생들

유럽 항공 우주 산업의 숙련된 인력과 엔지니어 부족에 대한 우려는 적어도 10년 전부터 제기되었습니다.¹ 유럽 엔지니어링 커뮤니티 회원들은 대학의 졸업생들이 더 나은 교육을 받고 더 많은 학생들이 이 분야에 진출하도록 장려하려면 학문적 수준에서 더 큰 진전을 이뤄야 한다고 제안했습니다. 전문가들은 나날이 발전하는 기술에 발맞춰 개인의 역량도 진화해야 하며, 인재와 역량을 향상하기 위해 교육 기관과 항공 우주 산업 사이에 가교를 구축하기 위한 협력이 필요하다고 주장합니다.²

이러한 기술 격차를 해소하기 위해 ESA(European Space Agency)는 2016년에 ESA Academy를 설립하여 실용적이고 이론적인 실습 교육으로 대학생들의 교육 경험을 향상하고 있습니다. 학생들은 우주 과학, 공학, 우주 의학, 우주선 운영, 프로젝트 및 위험 관리, 제품 및 품질 보증, 표준화 등을 포함한 다양한 분야를 탐구하도록 권장됩니다.

ESA Academy 의 두 가지 주요 프로그램 중 하나인 TLP(Training and Learning Program)는 시작부터 Ansys STK(Systems Tool Kit) 디지털 미션 엔지니어링 소프트웨어를 포함한 최첨단 기술을 통합하여 학생들의 학업 경험을 보완하고 업계에서 바로 사용할 수 있는 도구로 역량을 계발하도록 했습니다. ESA Academy는 대학과 교육 기관에 강의와 연구에 사용할 수 있도록 저렴한 소프트웨어를 제공하는 Ansys Academic Program을 통해 Ansys 툴을 공급받았습니다. 지금까지 ESA Academy는 우주 관련 분야에서 2,000명 이상의 학생을 훈련했습니다.

응용 학습: 우주 설계 실습

ESA Academy는 ESA 회원국은 물론 캐나다, 라트비아, 리투아니아, 슬로베니아, 슬로바키아 및 ESA 협정에 따라 기타 국가의 대학생을 환영합니다. 프로그램은 학부 및 대학원 수준의 학생에게 열려 있지만 학생 대부분은 석사 학위 과정의 대학원생입니다.

아카데미의 두 가지 주요 프로그램에는 학생들이 우주 관련 프로젝트를 처음부터 끝까지 직접 경험할 수 있는 지속적인 프로그램인 Hands-on Space 프로젝트와 학생들에게 다양한 학습 기회 포트폴리오를 제공하는 계획인 TLP가 포함됩니다.

TLP는 학생들의 교육 내용을 보완하고 우주 분야에서 경력을 쌓을 수 있도록 더 잘 준비하기 위해 ESA 전문 분야에서 매년 약 20개의 교육 세션을 제공합니다.

세션은 일반적으로 4일에서 5일 동안이며 여름에는 더 긴 교육 옵션이 제공됩니다. 모든 세션은 벨기에 ESEC-Galaxia(ESA European Space Security and Education Centre)의 ESA Education Training Centre 내에 위치한 TLF(Training and Learning Facility)에서 진행됩니다. TLF에는 교육실과 교육 동시 설계 시설(educational concurrent design facility)이 있습니다.

올해 지금까지 2월에 4일간 진행된 동시 엔지니어링 워크숍에 참가한 학생들은 ESA가 우주 잔해를 수거하기 위해 개발 중인 기술을 시연하는 임무 개념을 개발했습니다. 학생들은 ESA 시스템 엔지니어의 지도를 받으며 STK를 포함한 다양한 툴을 사용하여 두 개의 큐브위성(CubeSat) 임무를 설계했습니다. NASA에서 정의한 바와 같이 큐브위성은 나노위성이라고도 하는 연구 우주선의 한 종류입니다. 한 큐브위성은 궤도에 있는 동안 두 번째 큐브위성, 즉 "타겟"에 접근하여 포착하고 방출하는 "추격자" 역할을 수행했습니다. 이 임무의 목표는 이 기술로 미래에 우주 잔해 조각을 제거할 수 있음을 증명하는 것입니다. 2023년 예정된 워크숍에는 STK도 통합될 예정입니다.

동시 엔지니어링은 여러 팀의 학생들이 여러 단계의 설계와 개발을 순차적이 아닌 동시에 완료하면서 공동으로 작업하도록 장려합니다.

협력하는 동시 공학

작년에 이 프로그램은 4개의 동시 공학 워크숍에 STK를 통합했습니다. 학생들은 2~3명 규모의 팀으로 나뉘어 각각 우주 임무의 특정 하위 시스템 설계를 담당했습니다. 병행 작업의 목적은 임무 아키텍처의 탐색과 개발을 가속하고 향상하는 것입니다. 학생들은 우주선 궤적 분석은 물론 궤도 및 통신 시스템 설계에 STK를 사용했습니다.

TLP의 관리자인 나타샤 칼렌스(Natacha Callens)는 STK는 공유 플랫폼을 제공하여 우주 설계를 위한 동시 공학 접근 방식을 지원한다고 말합니다.

그녀는 "동시 병행 엔지니어링 워크숍을 진행할 때는 같은 공간에 서로 다른 분야가 모두 있으며, 학생들은 한 하위 시스템의 매개 변수에 대한 변경 사항이 다른 하위 시스템에 직접 반영되는 협업 시스템으로 동시 방식으로 작업합니다"라면서, "학생들은 STK를 사용하여 툴 내에서 이러한 변경을 수행하고 시각화와 협업을 통해 임무 궤적 전반에 걸친 영향을 확인할 수 있습니다"라고 했습니다.

지난 봄에는 여러 ESA 회원국과 캐나다의 대학생들이 ESEC-Galaxia 현장에서 5일간 동시 엔지니어링 과제를 진행했으며, 여기에는 자체 동시 공학 시설을 갖춘 두 유럽 대학인 스위스 연방 로잔 기술 연구소라고도 알려진 EPFL(École Polytechnique Fédérale de Lausanne)과 룩셈부르크 대학의 학생들도 원격으로 참석했습니다.

각 학생 팀은 달 극지역의 어두운 지역에 보존된 얼음 자원을 정량화하는 임무를 설계했습니다. 학생들은 STK와 기타 툴을 사용하여 소위 "모선"이라고 하는 우주선 한 개와 달 궤도에 모선에 의해 배치된 두 개의 큐브위성을 포함하는 여러 우주선 간의 반사 측정으로 달 표면의 고해상도 맵핑을 수행했습니다.

칼렌스는 "STK는 지상국에 대한 액세스 및 적용 범위 분석과 같은 궤도 시뮬레이션과 단일 위성 임무부터 별자리 임무까지 행성 간 및 낮은 지구 궤도(LEO)에 대한 고급 궤적 시뮬레이션과 같은 안정적인 기능과 추가 기능으로 임무 반복 분석을 향상하여 동시 엔지니어링 워크숍에 도움을 줍니다"라고 설명했습니다.

가을에 열린 또 다른 워크숍에서는 ESA 회원국과 몰타의 대학생들이 금성에 관한 임무를 설계하는 과제를 받았습니다. 학생들은 ESA 시스템 엔지니어의 지원으로 STK를 사용하여 태양계에서 거주 가능성이 어떻게 진화했는지 탐구했습니다. 임무는 부유 플랫폼과 한 번의 Ariane 6.2 발사로 추진될 수 있는 우주선(학생들이 "대형 궤도선 금성 탐험가"라는 뜻으로 LOVE라고 명명함)으로 구성되었습니다.

"우리 활동의 틀에서 Ansys STK와 같은 툴은 필수적입니다"라고 칼렌스는 말합니다. "이 기술이 없었다면 학생들에게 이러한 실습 경험을 제공할 수 없었을 것입니다"

마찬가지로 Ansys Academic Program을 통해 소프트웨어를 저렴하게 이용할 수 있는 기회도 중요합니다.

"교육기관의 교육 활동에 할당된 예산으로는 전문적 레벨의 소프트웨어 라이선스를 구매할 여력이 없습니다"라고 그녀는 말합니다. "이러한 툴을 제공하는 Ansys Academic Program은 학생들의 교육 수준을 향상하는 데 직접적으로 기여합니다"

미래의 엔지니어링 산업 확보

ESA Academy는 대학생들에게 고급 툴을 사용한 이론 강의와 실습을 제공하여 우주 분야에서 경력을 쌓을 수 있도록 준비하는 데 최선을 다하고 있습니다.

칼렌스는 "교육기관에서 Ansys STK를 사용할 기회를 주셔서 감사합니다"라면서 "학생들이 이 툴을 사용할 때의 이점을 실제로 경험하고 있습니다. 특히 그룹의 학생들이 이 툴을 함께 사용하면서 향후 경력에 필요한 STK 관련 지식을 익히고 개발할 수 있는 동시 엔지니어링 워크숍에서 더욱 그렇습니다"라고 말했습니다.

Ansys는 STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics) 교육을 장려하는 동시에, 학생들이 STEM 분야에서 경력을 쌓을 수 있도록 가장 잘 준비하기 위한 시뮬레이션 툴의 접근성과 경제성을 보장하는 데 최선을 다하고 있습니다.

자세한 내용은 Ansys Academic을 참조하십시오.

참고 자료

1.  Competitiveness of the EU Aerospace Industry with focus on: Aeronautics Industry Within the Framework Contract of Sectoral Competitiveness Studies.” Ecorys Research and Consulting, December 18, 2009.
2. “21st Century Skills for the Aerospace Industry Workforce and Their Translation to the Classroom.” Council of European Aerospace Studies, 2005.