Abstract
Outgassing from such sources as paints, coatings, adhesives and other non-metallic surfaces can contaminate satellites, especially second surface mirror and optical lens, it cause satellite to fail in own missions. The vacuum bake-out test using high temperature(more than $85 ^{\circ}C$)and high vacuum(less than $5.0{\times}1-^{-3}$ Pa) certify that the components of satellite work properly and can survive and operate in space environment like high vacuum. In the bake-out chamber installed at SITC of KARI, Rotary vacuum pump and Booster pump produce low vacuum of 5.0 Pa, and then two cryopumps produce high vacuum of below $5.0{\times}10^{-3}$ Pa. Also 48 ceramic heaters were provided to simulate high temperature. During the vacuum bake-out test, we detected contaminants using RGA(Residual Gas Analyzer) and measure the outgassing rate of the contaminant using the TQCM(Thermoelectric Quartz Crystal Microbalance). Also, IR/UV Spectrometer and witness plate be used to certify that the components were suitable for the spacecraft. This paper includes the preparation and procedures of the bake-out test for SAR(Solar Array Regulator) and MLI(Multi Layer Insulator), which were the components of the spacecraft. Especially, we discussed the methods and results of the contamination measurement. In the bake-out for SAR, the contamination was measured continuously although it was on the decrease from TQCM results. And RCA established that it is a highly polymerized compound. In the MLI bake-out using RGA and witness plate, we didn't detect any contamination materials.
위성체가 작동하는 우주환경인 고진공상태에서는 위성체의 부품에서 발생 할 수 있는 outgassing으로 인해 위성체가 오염되어 위성체의 성능이 저하될 수 있으며, 특히 이차면경(second surface mirror) 및 광학렌즈 등을 오염시킴으로써 위성체 본연의 임무수행 실패라는 결과를 초래할 수도 있다. 따라서 지상에서 위성체의 부품에 대해 고온($85^{\circ}C$ 이상)과 고진공($5.0\times10^{-3}$ Pa 이하)의 상태를 모사하여 오염물질을 제거함으로써 outgassing의 발생을 막고, 아울러 오염근원을 검출할 수 있는 vacuum bake-out 시험이 필수적이라 할 수 있다. 이를 위해서 한국항공우주연구원 우주시험동에 설치된 bake-out 챔버를 이용하여 위성체 부품 중에서 SAR(Solar Array Regulator)와 MLI(Multi Layer Insulator)를 예를 들어 오염측정에 관한 연구를 수행하였다. 항공우주연구원의 bake-out 챔버는 rotary vacuum pump와 booster pump를 이용하여 5.0 Pa의 저진공을 형성하고, 2대의 cryopump를 이용하여$5.0\times10^{-3}$ Pa 이하의 고진공을 생성하게 된다. 또한 $180^{\circ}C$까지의 고온을 모사하기 위하여 챔버 shroud 안쪽에 ceramic 재질로 된 heater가 $30^{\circ}$간격으로 총 48개를 설치되어 있으며, 온도제어는 PID(Proportional Integral Differential) 제어 방식이 이용되었다. Vacuum bake-out 시험시에는 RGA(Residual Gas Analyzer)를 이용하여 각종 오염물질을 검출할 수 있고, TQCM(Thermoelectric Quartz Crystal Microbalance)을 사용하여 발생하는 오염물질의 방출률(outgassing rate)을 측정한다. 또한 필요시에는 IR/UV Spectrometer를 이용하여 witness plate에 흡착된 오염물질의 성분을 분석하여 위성체 부품으로의 적합성을 판단한다. SAR의 bake-out에서는 TQCM 측정결과 오염물질이 시간에 따라 감소추이는 보이지만 꾸준히 배출되고 있는 경향을 나타내고, RGA 분석결과 그 성분이 고분자 화합물로 추정되어 위성체 부품으로 사용하기에는 적절하지 못할 것으로 판단하였다. MLI의 bake-out에서는 RGA 및 witness plate를 이용한 오염측정 결과 특이한 오염물질을 발견할 수 없었다.
