우주, 항공, 방위 산업 등 고신뢰성이 요구되는 분야에서는 부품 하나하나의 품질과 신뢰성이 전체 시스템의 성능과 안정성에 중대한 영향을 미칩니다. 그러나 모든 부품을 우주 인증 부품(Space-Grade Parts)으로만 구성하는 것은 비용, 공급 이슈, 기술적 제약 등의 현실적인 한계로 인해 어려운 경우가 많습니다. 이러한 이유로, 상용 부품(COTS, Commercial-Off-The-Shelf)의 사용이 불가피한 상황이 발생하게 됩니다.
이 경우, 우주 환경에 적합한 신뢰성을 확보하기 위한 방법으로 Up-screening이 적용됩니다.
Up-screening이란?
Up-screening은 본래 우주 등급(Space-grade)으로 분류되지 않은 부품(COTS, Automotive Grade 등)에 대해, 고신뢰성 환경에서의 사용 가능성을 확보하기 위해 추가적인 시험과 평가를 수행하는 절차를 의미합니다.
이는 단순한 기능 확인 수준을 넘어, 우주 환경에서 요구되는 품질 기준에 부합하도록 온도 특성, 전기적 성능, 수명, 고장률 등 다양한 신뢰성 요소를 체계적으로 검증하는 정밀한 과정입니다.
아래 표는 NASA의 문서를 기반으로 정리한 EEE 부품 시험 테이블 일부입니다. 시험 항목은 우주 임무 등급(Level 1~3)에 따라 적용 여부와 기준이 다릅니다.
NASA의 우주 임무 등급은 다음과 같습니다.
Level 1
이 레벨은 최고 수준의 신뢰성과 최소한의 리스크가 요구되는 임무를 위해 부품이 선택되고 가공되어야 합니다.
Level 1의 능동 소자는 반드시 Radiation Hardness가 검토되어야 하며, 관련 정보가 없을 경우 Radiation Testing이 요구됩니다.
Level 1 등급의 임무는 일반적으로 5년 이상의 기간을 가집니다.
Level 2
이 레벨은 낮은 수준에서 중간 수준의 리스크를 갖는 임무를 대상으로 하며, 비용 제약과 임무 목표 사이의 균형을 고려하여 부품이 선택되고 가공됩니다.
Level 2의 능동 소자 역시 복사 내성이 검토되어야 하며, 관련 정보가 없을 경우 복사 시험이 요구됩니다.
Level 2 프로그램의 일반적인 임무 기간은 1년에서 5년 사이입니다.
Level 3
Level 3 부품은 공식적인 신뢰성 평가, 스크리닝, 적격성 평가가 부족하여 본질적으로 높은 리스크 또는 미확인된 리스크를 갖는 부품입니다.
또한, 신뢰할 수 있는 데이터나 비행 이력이 거의 없으며, 설계·재료·제조 공정의 지속적인 변경으로 인해 한 LDC(Lot Design Code)의 데이터가 다른 LDC에 적용되지 않을 수 있습니다.
Level 3 부품은 고위험 부품의 사용이 허용되는 임무를 대상으로 하며,
해당 부품 역시 복사 내성 검토가 요구되며, 정보가 없을 경우 복사 시험이 필요합니다.
Level 3 프로그램의 일반적인 임무 기간은 1년 미만에서 2년 사이입니다.
ESA는 Class 1~3으로 등급을 나누며, *AEC-Q 부품을 활용할 때 Up-screening 시험을 어떻게 보완해야 할지 가이드를 제공합니다.
*자동차 산업에서 사용되는 전자 부품의 신뢰성과 품질을 보증하기 위한 시험 및 평가 표준
ESA 우주 임무 등급은 보증 수준과 위험 간의 상이한 균형(trade-off)을 제공합니다. 가장 높은 보증 수준과 가장 낮은 위험은 Class 1에서 제공되며, 가장 낮은 보증 수준과 가장 높은 위험은 Class 3에 해당합니다. 조달 비용은 일반적으로 Class 1이 가장 높고, Class 3이 가장 낮습니다. 그러나 완화 대책(mitigation) 및 기타 공학적 조치를 통해 세 등급 간의 총 소유 비용(TCO) 차이를 줄일 수 있습니다. 어떤 등급의 부품이 시스템 또는 서브시스템 내에서 적절한지를 결정하는 요소는 프로젝트의 목표, 정의, 제약 조건입니다.
관련 글