Space Product Assurance - EEE (Electrical, Electronic and Electromechanical) components
EEE Components는 Electrical(전기), Electronic(전자), Electromechanical(전자기계) 부품을 아우르는 포괄적인 용어로, 우주 산업에서 필수적으로 사용되는 모든 핵심 부품을 지칭합니다. 이러한 부품들은 위성, 우주 탐사선, 발사체와 같은 우주 시스템의 성능과 신뢰성을 결정짓는 핵심 요소로, 극한의 환경에서도 안정적으로 기능을 수행해야 합니다. Space Product Assurance는 이러한 EEE 부품들이 우주 임무를 성공적으로 수행할 수 있도록 품질, 신뢰성, 안전성을 철저히 보장하기 위한 일련의 활동과 프로세스를 포함합니다.
우주용 EEE 부품(우주반도체) 관리에 있어 전 세계적으로 인정받는 주요 표준은 다음과 같습니다.
- ESCC (European Space Components Coordination): ESA(유럽우주국), 유럽 각국 우주 기관 및 산업체가 함께 운영하는 우주용 전자부품(EEE) 표준·인증 체계로서, 부품 규격 제정, 평가·자격인증(QPL/EPPL) 관리, 시험·검증 절차 및 품질보증 요구사항을 통해 유럽 우주 프로그램 전반의 부품 신뢰성과 상호운용성을 확보하고자 만든 공식 표준
- ECSS (European Cooperation for Space Standardization): ESA(유럽우주국), 유럽 각국 우주 기관 및 산업체들이 공동으로 개발하여, 우주 시스템의 품질, 신뢰성, 안전성, 비용 효율성을 확보하고자 만든 일련의 공식적인 국제 우주 표준
- MIL-STD (Military Standard): 미국 국방부(DoD, Department of Defense)가 군사용 시스템, 부품, 장비, 공정 등을 대상으로 제정한 표준 규격 체계
- NTSS(NASA Technical Standards System): NASA가 공식적으로 운영하는 기술 표준 통합 시스템이며 이 시스템은 NASA 뿐만 아니라, 계약업체, 연구소, 대학, 산업 파트너들이 NASA 프로젝트를 수행할 때 필요한 공통 기술 기준을 공유하고, 프로젝트 전반의 일관성과 품질을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.
이러한 표준들은 부품의 시험, 인증, 조달, 관리 등 전 과정을 포괄적으로 다루며, 우주 시스템의 안정성과 신뢰성을 철저하게 보장하고 있습니다.
유럽: ECSS / ESCC 체계
ESA의 ECSS와 ESCC는 우주 프로젝트에서 EEE(Electrical, Electronic and Electro-mechanical) 부품의 선정, 관리, 조달, 사용 요구사항을 규정하고 있고, 위험/ 보증 수준에 따라 Class 1~3으로 등급을 나누며, *AEC-Q 부품을 활용할 때 Up-Screening 시험을 어떻게 보완해야 할지 가이드를 제공합니다. ECSS에서는 전체적인 EEE부품의 시험 항목을, ESCC에서는 자세한 시험 요건을 명시하고 있습니다. 아래 표는 ECSS-Q-ST-60-13C Rev.2 (2025-04-30)에 따라서 정리한 Up-Screening 항목입니다.
*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(Total Cost of Ownership) 차이를 줄일 수 있습니다. 어떤 등급의 부품이 시스템 또는 서브시스템 내에서 적절한지를 결정하는 요소는 프로젝트의 목표, 정의, 제약 조건입니다. 이 외에도 Derating을 위한 부품군별 부하율/한계와 적용 규칙을 제공하는 ECSS-Q-ST-30-11C Rev.2 (2021-06-23), 방사선 내성 보증(RHA, Radiation Hardness Assurance)를 위해 프로젝트별 RHA 항목을 규정하고 있는 ECSS-Q-ST-60-15C Rev.1 (2025-03-20) 등이 있습니다. 또한 ESA가 인증·발행하는 자격부여 부품/제조사 리스트인 ESCC QML (Qualified Manufacturers List)과 QPL (Qualified Parts List)이 있습니다.
아래의 표는 ECSS-Q-ST-60-13C Annex G의 Class 별 다른점입니다.
ESA COTS Guidelines
ESA COTS 가이드라인은 우주용 장비/서브시스템/시스템에 COTS를 적용할 때의 분류–조달–적용–시험 전 과정을 안내하는 권고 문서입니다(표준이 아님). 본 문서는 시스템의 중요도(criticality)에 따라 COTS 적용 수준을 세분화하고, 방사선/신뢰성 위험을 설계, 시험, 운영 단계에서 합리적으로 관리할 수 있도록 안내하고 있습니다. 위험 영역과 등급은 ECSS로 커버되는 영역인 Q0와 표준 요구가 없는 영역인 Q1, Q2로 나뉩니다. Q0 등급은 Class 1–3으로 분류되며, COTS EEE는 ECSS-Q-ST-60-13C를, 고신뢰성 EEE는 ECSS-Q-ST-60C를 적용합니다. 동일 Trace Code(로트 동질성)를 기대하며 지상 평가 및 로트승인의 대표성이 보장됩니다. 또한 Q1/Q2 두 등급은 동질성은 지향하되 보장은 어려워 시험 대표성에 한계가 있을 수 있습니다. 대신 최적 관행과 설계적 완화(mitigation)를 적극 권고하고 있습니다.
Q2
Q2등급은 가장 비용 효율적이지만 위험 수용이 큽니다. TID Level을 5krad(Si) 미만으로 운용하는 것을 목표로, 임무 운용기간을 수개월(통상 1년 미만)으로 권고하고 있습니다. 또한 저고도 LEO (1000km 이하)에서 SAA 및 극지 통과 시에 OFF하여 운용하는 것을 권고합니다. 이 등급은 파괴형 SEE (SEL, SEGR, SEB)리스크가 상대적으로 크므로 설계적 완화를 전제로 합니다.
Q1
Q1 등급은 Q2대비 위험도가 낮지만 비용이 높습니다. TID Level은 약 10~15krad(Si), 임무 운용 기간은 수년(통상 5년 미만)으로 권고하고 있습니다. Q1등급부터는 SEE의 위험도에 따라서 평가 및 운용에 대한 구체적인 수치를 제시하고 있습니다.
Q0
Q0 등급은 ECSS 기반의 최고 수준의 보증을 하는 등급입니다. 동일 Trace code가 보장되며 위험도와 신뢰성에 따라 Class1~3 로 나뉘어집니다. COTS 부품의 Q0등급은 ECSS-Q-ST-60-13C을 적용하고, 고신뢰성 부품의 Q0등급은 ECSS-Q-ST-60C을 적용합니다.
미국: NASA / DoD (MIL) 체계
NASA의 EEE부품 관리 체계는 EEE-INST-002와 Military Standard에 명시되어 있습니다. EEE-INST-002는 부품 선정 및 조달, Screening, Derating등의 기준이 명시되어 있습니다. 아래표는 EEE-INST-002에 따라서 정리한 Up-Screening 항목입니다. 시험 항목은 우주 임무 등급(Level 1~3)에 따라 적용 여부와 기준이 다릅니다.
EEE-INST-002 기준 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 방사선 내성이 검토되어야 하며, 관련 정보가 없을 경우 방사선 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, (큐브샛, 저비용 위성)
해당 부품 역시 방사선 내성 검토가 요구되며, 정보가 없을 경우 방사선 시험이 필요합니다.
Level 3 프로그램의 일반적인 임무 기간은 1년 미만에서 2년 사이입니다.
현재 사용 중인 EEE-INST-002는 2008년에 제정된 만큼 최신 New Space 요구사항에 부합하지 않는 부분이 있습니다. 이에 따라 NASA는 해당 기준을 보완하기 위해 NASA-STD-8739.11을 업데이트하였으며, 현재는 아직 공식적으로 공개되지 않은 상태입니다.
특히 이번 개정에서는 Level 4가 새롭게 신설되었는데, 이는 COTS(Commercial Off-The-Shelf) 등급 부품의 활용을 고려하여 마련된 분류로 보입니다.
NASA-STD-8739.11에는 Up-Screening과 관련된 항목이 명시되어 있지만, 구체적인 시험 요건 및 방법은 별도의 MIL-STD 규격에서 정의하고 있습니다.
예를 들어, Microcircuit(집적회로)에 대한 세부 시험 항목은 MIL-STD-883에 규정되어 있으며, 트랜지스터, 다이오드, 정류기, 전력 반도체 등 군용 및 우주항공 분야에서 사용되는 개별 반도체 소자의 신뢰성과 성능 기준은 MIL-PRF-19500에서 다루고 있습니다.
즉, NASA-STD-8739.11이 부품 선정 및 관리에 관한 상위 프레임워크라면, 실제 시험 절차와 조건은 MIL-STD/MIL-PRF 규격에 상세히 기술되어 있어 상호 보완적으로 운용된다고 볼 수 있습니다.
[1] European Space Agency (ESA), Guidelines for the Utilization of COTS Components and Modules in ESA, ESA-TEC-TN-021473, Issue 3.0, 21 Oct. 2024, Noordwijk, The Netherlands.
[2] NASA Goddard Space Flight Center, EEE-INST-002: Instructions for EEE Parts Selection, Screening, Qualification, and Derating, Rev. D, Greenbelt, MD, USA, Apr. 2018.
[3] ECSS, ECSS-Q-ST-60-13C: Commercial Electrical, Electronic and Electromechanical (EEE) Components, 21 Oct. 2013.
[4] ECSS, ECSS-Q-ST-60C Rev.2: Space Product Assurance – EEE Components, 21 Oct. 2013.
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