• 한국추진공학회지
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• 제12권3호
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• pp.76-86
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• 2008

다양한 에너지원들을 전력발생용으로 활용할 수 있다는 점과 화학추진기로는 얻을 수 없는 높은 분사추진속도를 구현할 수 있다는 점은 전기추진기만의 장점으로 대두된다. 수많은 비화학추진기들이 연구개발중에 있으나 현재로서는 200s에서 5000s까지의 넓은 비추력 범위를 갖는 전기추진기의 연구개발이 가장 많은 진전을 이루고 있다. 따라서 본 논문의 주요내용은 전기추진기에 할애되어 있으며 전력으로 열을 발생시켜 추력을 얻는 전열추력기(electrothermal thruster), 정전기장을 응용한 정전기추력기(electrostatic thruster)와 플라스마 상태의 고온가스를 자기장으로 가속시키는 전자기추력기(electromagnetic thruster)에 대한 작동원리, 특성 및 개발현황들을 소개한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.202-202
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• 2016

홀 플라즈마 엔진은 인공위성의 궤도유지 및 자세제어 등의 임무수행이나 우주선의 심우주 활용에 있어 필수적인 핵심 우주 부품이다. 홀추력기 연구개발의 최근 큰 관심사는 추력기의 장시간 운전성 확보 및 방전효율 향상이다. 최근 고리형 홀추력기에서 방전 영역 내 플라즈마와 유전체 벽 간의 충돌을 줄임으로써 전극 손상 및 전자온도 손실을 감소시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 전자석 코일을 활용해 방전 채널 벽면과 평행한 방향의 자기장을 형성하여 플라즈마와 유전체 벽 간의 상호작용을 감소시키는 연구들이 소개되고 있으며, 이러한 방법을 자기차폐(magnetic shielding)라 한다. 본 연구에서는 자기차폐 개념이 적용된 방전 소모전력 500 W급 고리형 홀추력기의 방전 및 추력 발생 특성을 연구하였다. 자기장구조 제어를 통해 유전체 벽과 플라즈마 간 상호작용을 감소시킨 결과, 500 V 수준의 방전 전압에서도 유전체 벽에서의 이차전자 발생에 의한 방전전류의 급격한 증가없이 안정적인 방전이 가능하였으며, 이러한 방전 형태는 기존의 자기차폐 개념이 적용되지 않은 일반 고리형 홀 추력기에서 구현하기 어려운 방전 상태이다. 추력기의 자기장 구조 최적화 조건에서 제논 가스 방전을 통해 얻은 최대 추력은 $22{\pm}1mN$, 비추력 $2200{\pm}70s$, 양극효율 $51{\pm}2%$로 매우 우수한 성능을 보여 주었다

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.192.2-192.2
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• 2016

전기추력기는 화학식 추력기에 비해 비추력이 높아 인공위성의 자세제어, 궤도수정, 궤도천이를 포함한 행성 탐사활동 및 우주 임무수행을 위한 우주선의 엔진 등으로 다양하게 활용된다. 홀 추력기는 전기추력기 중 하나로 고리형 방전공간을 가진 고리형 추력기와 원통형 방전영역을 가진 원통형 추력기가 있으며, 원통형 추력기는 고리형에 비하여 넓은 방전공간으로 저전력 방전에 적합한 추력기이다. 또한, 저전력 추력기는 큐브셋(cubesat) 및 마이크로 위성(microsatellite)의 증가하는 수요에 따라 필요성이 증가하고 있으며, 활용도가 높아 다양하게 연구 및 개발되고 있다. 홀 추력기는 자기장과 전기장을 서로 수직되게 인가하여, 자화된 전자는 플라즈마 방전을 유지시키고 자화되지 않은 이온은 전기장 방향으로 가속되어 이온빔을 발생시킨다. 하지만, 저전력 소형 추력기는 작은 소모전력과 방전채널로 인한 성능 저하 및 자기장 구조 설계 등 많은 어려움들을 가지고 있다. 본 연구에서는, 약 50 W급의 소모전력을 바탕으로 영구자석을 이용한 저전력 플라즈마 추력기를 개발하였다. 방전 채널은 지름 15 mm, 길이 16 mm, 무게는 약 0.6 kg으로 원통형 구조의 채널로 제작되었으며, 약 1500-2000 G의 자기장 세기를 갖도록 설계하였다. 방전 기체는 제논을 사용하여 1-5 sccm영역에서 방전 특성을 살펴보았으며, 방전 전류는 0.02-0.4 A로 나타났다. 100-550 V영역에서 방전을 시도하였고, 채널길이를 16-24 mm 에서 약 1mN 급의 추력특성을 보였다. 본 발표에서, 홀 추력기의 제작 특성과 성능 및 플라즈마 특성에 대한 더 자세한 연구결과가 발표될 예정이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.564-564
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• 2013

홀 추력기는 플라즈마를 이용하는 전기추력기 중 하나로, 인공위성의 자세제어, 궤도수정, 궤도천이 뿐만아니라 행성간 임무수행을 위한 우주선의 엔진으로 사용된다. 홀 추력기 채널 내부에 발생된 Xe 이온들은 양극과 음극 사이에 존재하는 전기장에 의해 가속되어 추력을 발생시킨다. 이때 Xe 이온들은 자기장에 의해 감금된 전자와 중성 Xe 원자 사이의 충돌에 의해 발생하며, 실험적 및 이론적 연구를 통해 단일 전하를 띤 이온(Xe II)뿐만 아니라 다중 전하(Xe III 등)를 띤 이온도 생성되는 것으로 알려져 있다. 이온의 전하량 비율은 홀 추력기의 추력효율 및 연료효율에 영향을 미치며, 다중 전하를 띤 이온의 높은 에너지는 채널벽의 침식문제를 야기하는 등 홀 추력기 이온빔의 전하량 분석 연구는 물리적 연구측면 뿐만아니라 실용적인 측면에서도 매우 중요하다. 본 연구에서는 자기장과 그에 수직한 방향의 전기장에서 발생하는 로렌츠 힘을 이용하여 이온의 전하량을 분석할 수 있는 $E{\times}B$ 탐침을 설계 및 개발하였다. 개발된 $E{\times}B$ 탐침은 70 mm 길이의 집속기와 $148{\times}138{\times}90mm$의 본체, 40 mm길이의 콜렉터로 구성된다. $E{\times}B$ 탐침 설계에 가장 중요한 균일한 자기장 설계를 위해 전산모사를 통해 최적화 작업을 진행하였으며, 실험을 위한 진단계의 최적화와 초기 실험결과가 발표될 예정이다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권8호
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• pp.611-620
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• 2020

이차원 축대칭 하이브리드 모델을 이용하여 홀 추력기의 플라즈마 방전 전압이 전자 평균 에너지, 전위, 이온화율 그리고 중성종 및 이온의 밀도에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서 개발된 코드의 검증을 위하여 홀 추력기 SPT-100ML의 방전 전압의 변화에 따른 방전 전류와 추력 및 플라즈마 분포 결과를, 타 연구자들의 실험과 계산 결과와 비교하였다. 결과는 방전 전압이 증가할수록 전자 평균 에너지, 이온화율, 이온의 밀도가 증가하는 반면에 중성종의 밀도가 감소함을 나타내었다. 방전 전압과 추력, 방전 전류는 서로 비례하는 관계를 나타내었다.

• 항공우주기술
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• 제9권2호
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• pp.14-21
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• 2010

이온추력기는 전기추력기의 일종으로 높은 추력을 내기가 힘든 단점이 있으나 상대적으로 매우 높은 비추력을 낼 수 있는 장점이 있기 때문에 장거리 혹은 장시간의 우주비행이 요구되는 미션을 위해 활용되는 우주추진기관이다. 최근에 들어 우주탐사에 대한 세계 각국의 관심이 높아져 가고 있고 기존의 미국, 러시아, 유럽 이외에도 일본, 중국, 인도 등이 우주탐사에 나서고 있다. 소행성탐사나 외행성탐사와 같은 장거리 임무의 경우에는 화학식 추력기만을 사용하는 경우 과도한 추진제 적재로 인해 발사 중량이 증가하는 단점이 있어 최근에 들어서는 화학식 추력기와 이온추력기를 조합하여 사용하는 것이 세계적인 추세이다. 본 논문에서는 이온추력기 개발을 위해 수행된 이온화 방식 및 제작 기술과 관련된 연구의 수행 내역과 이온추력기 기본 모델의 제작 결과 및 방전 시험 결과를 소개하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권10호
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• pp.92-98
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• 2006

2006년에 발사된 다목적실용위성은 자세제어 등에 필요한 추력과 모멘트를 발생하기 위해 NASA의 1lbf급 단일추진제 표준 추력기인 MRE-1을 사용하고 있다. 단일추진제 추력기는 추진제와 촉매와의 열분해 반응에 의해 추력을 발생시키는데 이때 발생되는 분해열은 상대적으로 온도가 낮은 주변 구조물 및 전자부품으로 과도한 복사열전달을 발생시키는 열원이 된다. 따라서 추력기와 타 부품 사이에 과도한 복사 열전달을 방지하기 위해서는 복사 열차폐막이 필요하다. 본 논문에서는 열차폐막의 설계/해석 및 제작 등 전반적인 개발 과정에 대해 설명하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
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• pp.66-69
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• 2006

소형 위성용 궤도천이 및 보정을 위한 홀 방식 전기추력기의 초기 설계를 위한 2-D Particle-In-Cell (PIC) 수치모사 (Simulation) 결과를 분석하였다. 수치해석에 의한 결과를 분석해 본 결과 주입된 중성 Xe Gas는 전자와의 충돌을 통해 이온화 된 후 가속지역을 통과하게 되며, 이들 두 지역은 추력기 채널에서 잘 분리되어 존재하는 걸로 나타났다. 또한 본 해석을 통하여 본 논문에서 고려된 추력기가 원래의 임무인 소형위성의 궤도 천이 및 보정을 수행할 수 있는 충분한 추력과 비추력을 갖출 수 있는 것으로 판단된다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2001년도 추계학술대회 논문집
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• pp.33-36
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• 2001

본 논문은 높은 추력비(전동기 추력/전동기 중량=N/ Kg)를 갖는 영구자석 여자 횡축형 선형 전동기(TFLM)를 가진기 엑츄에이터로 사용하여 부피와 체적을 줄이고 적은 중량이 요구되는 고출력 전동식 가진기 시스템을 유압식을 대체하여 구현하고 가변 변위 및 가변 속도가 가능한 제어 방법을 개발하여 적용하고자 한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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• pp.177-183
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• 2005

본 연구에서는 액체 추력기에 적용될 내열합금 소재인 Inconel 600, Inconel 625, Haynes 230에 대해 Nd:YAG 레이저 용접 및 전자빔 비드 온 플레이트 용접을 수행하였다. 레이저 용접과 전자빔 용접 시 각각의 변수가 용접비드 형상에 미치는 영향을 분석하였으며 용접 조건들이 용접성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 조직, 미세경도 및 인장강도 등의 실험을 하였다. 또한, 레이저와 전자빔 용접 실험 결과를 분석하여 최적의 용접방법과 조건을 도출하였다.