자율 우주 임무를 위한 모델 기반 시스템 엔지니어링 및 결함 관리 통합

• NASA는 자율 우주 임무의 결함 관리(FM)를 모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE) 프로세스에 직접 통합하는 기술을 개발 중임.
• 이 이니셔티브는 Qualtech Systems Inc.(QSI)의 TEAMS® 소프트웨어를 활용해 시스템 설계와 고장 완화 간의 간극을 연결함.
• NASA의 HelioSwarm 태양물리학 임무를 사례 연구로 성공적인 시연이 이루어짐.
• 이 접근 방식은 설계 단계부터 시스템 복원력을 평가함으로써 개발 비용, 리스크 및 일정을 절감하는 것을 목표로 함.

자율성 통합의 필요성

• 아르테미스 프로그램과 같은 미래 심우주 임무는 즉각적인 결함 완화를 위해 지상 관제 없이 작동하는 고도의 자율성이 필수적임.
• 기존에는 FM이 설계 초기 단계가 아닌 사후 보완적 조치로 취급되어, 지식 단절과 비효율적인 수정 작업을 유발했음.
• SHM(시스템 건강 관리)과 FM을 MBSE 프로세스에 처음부터 통합하여 시스템 아키텍처 단계부터 내결함성을 확보하고자 함.

방법론: SysML v2 통합

• QSI 팀은 SysML v2 제출 팀(SST)과 협력하여 FM 개념을 SysML v2 모델링 표준에 포함함.
• 이 도구는 SysML v2 설계 모델을 장애 공간 모델로 변환하여 엔지니어들이 다음을 수행할 수 있도록 지원함:
  • 고장 모드, 영향 및 치명도 분석(FMECAs).
  • 결함 트리 분석(FTAs).
• 분석 결과는 최적의 센서 위치 배치 등 구체적인 설계 개선 권장 사항으로 도출되어 표준화된 보고서 형태로 제공됨.

HelioSwarm 시연

• HelioSwarm은 1대의 허브 위성과 8대의 소형 위성으로 구성되어 태양-지구 시스템의 플라즈마 난류를 관측하는 임무임.
• QSI 팀은 전력, 통신, 추진 및 자세 제어 등 주요 하위 시스템을 모델링함.
• 이번 시연을 통해 임무 요구 사항으로부터 FMECAs 및 FTAs를 자동으로 생성하는 과정을 검증했으며, 복잡한 다중 위성군 설계에 효과적임을 입증함.

확장 적용 분야

• 해당 기술은 NASA의 게이트웨이(Gateway) 프로젝트에 적용되었으며 향후 유인 우주선에도 활용 가능함.
• 우주 분야 외에도 고부가가치 복합 시스템에 폭넓게 적용 가능함:
  • 군사 장비(항공기, 잠수함, 지상 전투 차량).
  • 민간 항공 및 해양 시스템.
  • 전력 생산 및 분배 장비.