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포뮬러1카는 어떻게 만들어질까요?

이탈리아 파엔차의 토로 로소가 포뮬러1를 만드는 과정을 소개합니다.

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화려했던 시즌이 끝나고 조용히 일해야 하는 겨울이 찾아왔습니다.

출처Red Bull Content Pool

11월, 모든 스케줄이 끝나고 포뮬러1은 내년 3월까지 기나긴 겨울 방학에 돌입했습니다. 하지만 그저 트랙에서 달리지만 않을 뿐, 이들의 레이스는 지금도 계속되고 있죠. 

토로 로소에는 약 450명이 일하고 있어요.

출처Red Bull Content Pool

이탈리아 파엔차의 토로 로소 공장에 함께하고 있는 450명의 사람들도 마찬가지입니다. 

(토로 로소는 인원이 다소 적은 편입니다. 많은 경우는 600명이 넘죠.) 


끊임없이 뭔가를 연구하고, 개발하며, 제작하고, 테스트하는 과정을 거치고 있죠. 

시즌 전후로 진행되는 합동 테스트는 차량 개발이 매우 중요한 과정입니다.

출처Red Bull Content Pool

매 겨울마다 반복되는 일이며, 목표는 오직 하나! 보다 더 빠른 레이스카를 만들기 위함입니다.

겨울 오프 시즌을 잘 보내야 다가오는 시즌 경쟁에서 우위를 차지할 수 있죠.


그래서 이번에는 몇 가지 키워드와 함께 토로 로소의 파엔차 공장이 어떤 일을 하며 겨울을 보내고 있는지 함께 살펴볼께요. 

디자인

모든 시작은 이 흰색 배경부터입니다.

출처Red Bull TV

시작은 빈 종이 혹은 공허하게 흰색으로만 채워져 있는 모니터부터입니다. 100명의 엔지니어들이 각자 마주해야 할 풍경이고, 이들이 해야 할 일은 '디자인'입니다.


디자인이라곤 했지만 좀 더 예쁜 차를 만들기 위한 과정은 아닙니다. 예쁘고 못생기고는 레이스카를 제작함에 있어 전혀 고려되지 않는 부분이니까요. 


이들의 디자인은 모두 기계적인 형태를 결정하고, 배치하며, 조합하는 과정을 의미합니다. 

사진 왼쪽이 수석 엔지니어, 제임스 키 입니다.

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효율적인 작업을 위해 수석 엔지니어가 레이스카의 기본적인 구성요소에 대한 가이드라인을 설정합니다.


예를 들어 휠 베이스는 얼마나 길어야 하며, 서스펜션은 어떤 디자인이어야 하는지, 


엔진, 유압계통, 전기계통, 트랜스미션과 같은 부품들을 어떤 식으로 배치하고 조립해 나갈지, 그리고 어떤 작업을 누구에게 어떻게 맡겨야 할지까지 모두 판단해서 지시하죠. 

각각 맡은 부품들을 컴퓨터로 디자인하고 있습니다.

출처Red Bull TV

그러면 디자인 팀 구성원들은 각자 맡은 부분에 대한 가상의 디자인을 내놓은 후, 이를 실제로 제작해보면서 새로운 레이스카의 부품들을 하나하나 완성해갑니다.


사실 이는 비단 시즌 오프 때만 이루어지는 과정이 아닙니다. 정말 지루하게 반복되는 과정으로 레이스가 있을 때도, 없을 때도 이들은 더 좋은 부품을 제작하기 위해 같은 일을 끊임없이 해나가야 하죠.

수치와 조립되는 위치 등 아주 상세하게 디자인됩니다.

출처Red Bull TV

이렇게 처음 새롭게 레이스카를 디자인할 때 가장 중요한 것은 레이스카가 궁극적으로 어떤 특성과 강점을 지녀야 하는지 모든 디자이너가 인지하고 있어야 한다는 점입니다. 


그래서 수석 엔지니어의 역할이 중요하죠. 


그는 이전 시즌의 레이스카에서 어떤 점이 강점이었고, 어떤 점이 단점이었는지 정확히 분석한 후 


어떤 결과물이 나와야 하는지 명확히 설정하고 이를 각각의 디자이너들에게 내려줘야 하는 사람이니까요.  

CAD/CAM

오늘날에는 대부분 CAD로 디자인을 진행합니다.

출처Red Bull TV

레드불 레이싱의 디자이너, 아드리안 뉴이는 지금도 여전히 제도판에 샤프 펜슬과 자를 이용해 레이스카를 설계하지만, 그를 제외하고 거의 모든 디자이너들은 CAD/CAM을 이용해 자동차 그리고 부품을 디자인합니다. 


먼저 CAD로 부품을 설계하면 CAM으로 보내고, 금속 부품의 경우 명령을 받은 5축 CNC가 금속 덩어리를 절삭가공합니다. (깎아서 만든다는 뜻)


CNC 장비는 포뮬러1 팀 공장에 전기가 공급되는 한 거의 하루도 쉬지 않고 돌아가는 아주아주 중요한 장비죠.

CAM으로 데이터를 받아들이면, CNC가 부품을 깎아 나가죠.

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레이스카의 부품들은 일단 가벼워야 하고, 그러면서도 높은 강도를 지녀야하기 때문에 소재의 선정도 어렵지만, 최적의 구조를 설계하는 것도 무척 까다로운 일입니다. 


따라서 CNC로는 도저히 제작할 수 없거나 혹은 더 높은 효율을 발휘할 수 있는 구조이면서 기밀성을 유지해야 할 때는 3D 프린팅으로 부품을 제작하기도 합니다. 

형상이 복잡한 리어 윙은 3D 프린팅으로 제작하기도 합니다.

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예를 들어 일반 자동차의 경우 3개의 펌프가 필요하다면 포뮬러1카는 이를 하나로 통합시켜서 사용하곤 하는데, 이런 경우 일반적인 제조방법으로는 제작 공정이 복잡하고 까다롭습니다. 


하지만 부품의 부피와 무게를 줄일 수 있어 제작만 한다면 좋은 성과를 거둘 수 있죠. 

제작된 프론트 윙의 사이즈를 측정하고 있습니다.

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이럴 때 3D 프린터를 사용합니다. 3D 프린터는 주조, 절삭단조, 프레스 등으로는 제작하기 힘든 복잡한 형상을 한번에 만들어낼 수 있으니까요. 


제작된 부품은 탐침기라 불리는 장비를 이용해 마이크론 단위로 크기를 측정합니다. 


CAD는 분명 정확한 수치 데이터를 보내지만, 절삭가공 혹은 3D 프린팅하는 과정에서 결과물의 크기가 미세하게 달라지기 때문입니다. 

비파괴검사

부품에 문제가 없는지 육안으로 확인 중입니다.

출처Red Bull TV

기어박스에 들어갈 한 개의 기어라도 위에서 소개한 과정들을 거친 후에 완성됩니다. 


겉으로 보기엔 모든 것이 정교하게 조심스럽게 제작된 것 같지만, 사실은 100% 완벽이란 존재하지 않습니다.

작은 균열 하나라도 레이스를 완전히 망쳐버릴 수 있죠.

출처Red Bull Content Pool

예를 들어 기어 톱니에 아주 미세한 상처나 균열이 있다고 칩시다. 

분당 13,000번이나 회전해야 하며, 엄청난 힘이 가해지는 부품이기 때문에 언제든 이 균열은 톱니 뿐만 아니라 기어 전체를 망가뜨릴 수 있죠.


포뮬러1카를 구성하는 20,000여개의 부품 중 단 하나의 부품에 불과함에도 차를 망가뜨리고, 450명의 노력을 한 순간에 물거품으로 만들 수 있죠. 한마디로 레이스를 망쳐버린다는 이야기입니다. 

부품을 다 분해할 순 없기 때문에 이런 비파괴 검사법을 이용합니다.

출처Red Bull TV

하지만 안타깝게도 어떤 균열들은 눈으로 확인되지 않습니다. 그래서 포뮬러1팀은 자신들이 제작한 부품들을 조금 특별한 방법으로 검사합니다. 


비행기 분야에서는 아주 오래전부터 쓰였던 방법으로 부품에 직접적인 실험을 가하지 않고 검사하는 방법이기 때문에 비파괴검사라고 불립니다.

X레이가 동원되기도 하죠.

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크게 두 가지 방법이 쓰이는데, X레이를 투과해 균열을 찾는 방법과 특별한 파장에서만 빛을 발산하는 염색제를 부품에 적신 후 검사하는 방법이 있습니다. 


톱니바퀴, 볼트부터 그보다 더 큰 부품들까지 검사하며, 이는 레이스 현장에서도 간이 장비를 이용해 진행해야만 하는 과정입니다. 

카본 파이버

포뮬러1카에는 카본 복합체가 굉장히 많이 쓰입니다.

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카본 파이버는 오늘날 포뮬러1카에서 가장 많이 쓰이는 소재입니다. 눈에 가장 띄는 프론트, 리어윙부터 심지어 드라이버를 보호하는 '서바이벌 셀'까지 광범위한 영역에 이 소재가 쓰이죠.

가벼우면서도 강해서, 레이스 팀들에게 인기있는 소재죠.

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이 소재는 엄밀히 말하면 플라스틱입니다. 플라스틱을 카본 섬유로 강화한 것이죠. 그래서 복합체(Composite)라고 부르는데, 최초로 쓰인 것은 1970년대입니다. 


당시에는 그저 외장 패널 정도로만 쓰였다가 1981년 처음으로 차체 전체를 카본으로 제작했고, 그 후로는 모든 팀들이 카본 파이버를 이용해 차체를 제작합니다. 

플로터로 카본 섬유를 정확하게 자릅니다.

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제작 방식도 여러가지입니다. 먼저 금형 위에 한 장씩 붙여서 만드는 방법이 있습니다. 


핸드 레이드 업은 가장 고전적이면서 손쉽게 제작할 수 있는 방식이죠. 물론 시간이 많이 걸리긴 하지만, 복잡한 형상을 만들어야 할 때 편리한 방식입니다. 


하지만 어떤 부품은 금형에 넣고 찍어내듯 만들어내는 것도 있습니다. 예를 들면 브레이크 디스크가 대표적인 예죠. 


물론 이는 포뮬러1팀이 아닌 브레이크 제조사에서 제작, 공급하고 있긴 합니다. 

카본 부품을 만드는 가장 기초적이며 보편적인 방식입니다.

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아주 오래전부터 카본 부품을 제작해왔지만, 사실 하이퍼카처럼 카본 파이버의 무늬까지 정교하게 맞춰 제작하진 않습니다. 


어차피 다 페인트로 덮어버릴 것이고, 레이스카에 있어 심미적인 부분은 거의 고려되지 않으니까요. 


모든 초점이 오직 기능과 성능에만 맞춰져 있습니다. 

한 해에만 77,000개의 카본 부품들이 만들어집니다.

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이 작업 역시 시즌 오프 때 뿐만 아니라 시즌 내내 반복됩니다. 토로 로소는 지난 한 해만 무려 77,000개의 카본 파이버 부품을 만들었죠. 부서져서 새로 만드는 경우도 있지만, 


대부분은 해당 서킷의 특성에 맞는 공력 성능을 발휘하기 위해 개발한 새로운 디자인 때문입니다. 

조립

이제 조립을 해야 할 차례입니다.

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이제 팀에서 제작할 수 있는 부품들은 모두 완성되었습니다. 

그리고 부품 공급을 계약한 회사들에서 팀의 주문에 맞춰 제작한 부품들도 하나 둘 공장에 도착하기 시작합니다. 


엔진도 그 중 하나입니다. 

사진은 브레이크 킷입니다. 협력사에서 공급하죠.

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하나 둘 완성된 부품들이 도착하면 조립동으로 크루들이 모입니다.

가장 먼저 하는 일은 드라이버가 올라탈 서바이벌 셀과 엔진을 결합하는 일입니다. 


양산차에서는 이를 결혼(Marriage)이라고 부르죠. 하지만 포뮬러1에서는 딱히 그리 부르는 것 같진 않습니다. 


왜냐하면 양산차는 한번 결합하면 폐차되는 순간까지 함께하지만, 포뮬러1카의 결혼 생활은 너무나 혹독해서 생각보다 길지 않습니다. 


5~7경기에 한 개의 엔진이 교체되며, 어떤 경우는 아주 짧은 생을 살다 떠날수도 있으니까요.

이런 부분들도 하나 하나 손으로 조립합니다.

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플라스틱으로 만든 서바이벌 셀(+모노코크)와 엔진은 금속 볼트로 결합됩니다. 그런 다음 부드러운 소재로 가볍게 만든 연료 주머니가 그 사이에 들어가며, 수km에 달하는 전선들이 연결됩니다. 


그리고 서스펜션이 장착되고, 브레이크 시스템이 결합되죠.


한 대의 포뮬러1카가 처음 조립을 시작해 완성될 때까지 걸리는 시간은 일주일입니다. 


완전히 새로운 부품들이 새로운 구조로 조립되어야 하며, 누구도 해보지 않은 일이기 때문에 일주일이라는 시간도 빠듯합니다. 


하지만 그 다음 레이스카를 제작하기 시작하면서 시간은 점점 더 단축됩니다. 

처음에는 일주일 정도 걸리지만 훈련을 통해 시간을 대폭 줄여나갑니다.

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이 과정은 미케닉들이 전담하는데, 시간을 줄이는 일은 매우 중요합니다. 그만큼 구조에 숙달된다는 의미를 담고 있기 때문이며, 이는 레이스 현장에서 차체를 조립하고, 수리할 때 반드시 필요한 일입니다. 


금요일 연습주행에서 차가 완전히 망가져도 토요일 예선에 새 차로 출발할 수 있는 것도 이러한 숙달 훈련 과정이 있었기 때문입니다. 


만약 여전히 조립이 일주일씩 걸린다면 연습주행에서 문제가 생겼을 경우 레이스 전체를 포기해야만 하겠죠. 

열 대의 레이스카

한 시즌에 대략 10대 가량의 레이스카가 만들어집니다.

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한 팀에서 한 시즌을 보내기 위해 제작해야 하는 차량은 기본적으로 두 대입니다. 두 명의 드라이버를 위한 레이스카죠. 하지만 이게 전부는 아닙니다. 


시즌 개막전과 시즌 폐막전에 쓰이는 레이스카를 비교해보면 겉은 비슷해보일지 모르지만, 실은 70%이상이 달라져있습니다. 그만큼 시즌 중에도 계속 개발이 이루어진다는 뜻입니다. 

오직 하나의 레이스를 위해 새로운 윙과 셋업을 개발합니다.

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그래서 그 때마다 새로운 레이스카가 개발되며, 보다 자세히 이야기하면 포뮬러1팀은 같은 디자인과 같은 셋업을 두 번 사용하지 않습니다. 오직 하나의 레이스에 하나의 디자인이 적용되죠. 


수석 디자이너는 1년간 거의 20,000번에 가까운 새로운 디자인을 고안하며, 그에 맞춰 계속 새로운 부품을 적용하다보면 1년동안 제작하는 포뮬러1카의 숫자는 거의 10대 이상에 이릅니다. 

그리고 이 모든 과정은 누구나가 겪어야 할 일입니다.

출처Red Bull Content Pool

이 모든 과정을 거치면서 포뮬러1팀은 1년을 보냅니다.

고생하는 팀들에게는 미안한 일이지만, 이 과정은 애석하게도 아주 기본적으로 해야 할 일에 불과합니다. 


트랙에서 출발하는 모든 팀들이 매년 겨울부터 이듬해 11월 마지막 레이스가 있기 전까지 이 과정을 반복하죠.


모두가 똑같은 일을 하는 가운데, 자신들만의 차이점을 만들어 내야하는 것이 레이스카를 개발하는 팀의 숙명입니다. 

이번 시즌을 위해 토로 로소는 어떤 준비를 하고 있을까요?

출처Red Bull Content Pool

아마 지금쯤 파엔차의 토로 로소도 자신들만의 차이점을 찾는데 많은 시간을 보내고 있습니다. 


추운 겨울이 지나고 2019년 3월이면 어떠한 차이점을 만들었는지, 그리고 어떤 잠재력이 부여되어 있는지 정확히 드러날 겁니다. 

2019년 시즌, 토로 로소의 발전을 다 함께 응원해주세요.

출처Red Bull Content Pool

그게 곧 내년 시즌 파엔차 팀의 성적에 반영되겠죠. 


토로 로소팀의 2019년에 많은 발전이 있기를! 함께 응원해주세요. 

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레드불

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