• 한국항공우주학회지
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• 제37권5호
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• pp.490-495
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• 2009

소형 인공위성의 궤도천이 및 보정을 위하여 추력이 약 10 mN이고 비추력이 1500 s인 홀 방식 전기추력기를 설계하였다. 개발된 추력기는 홀 방식의 추력부, 전력공급부 및 연료 공급부로 구성되어 있고, 무게, 소모전력 및 효율은 각각 10 kg, 300 W 및 30%정도이다. 개발된 추력기 시스템에 대한 간략한 소개를 홀 방식의 추력기를 선택하게 된 배경해석과 함께 기술하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권12호
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• pp.1133-1140
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• 2011

기존의 홀추력기 개념 설계는 비용이 많이 소요되며 과거의 데이터에 기반한 실험적 방법에 근거하고 있다. 본 연구에서는 이러한 홀추력기의 설계 과정을 향상시키기 위해 최근 제안된 수치적 방법에 근거하여 설계 목적에 적합한 설계 공간을 설정하고 이에 대한 설계 공간 탐색을 수행하였다. 설계 공간 탐색의 결과를 통해 기본적으로 주어진 설계 공간에 대한 성능 범위를 결정하였으며 성능간의 관계를 분석하였다. 세부적인 결과 분석을 통해 홀추력기의 주요한 설계 변수로는 양극에서의 질량유량과 방전전압임을 도출하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제15권3호
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• pp.320-334
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• 2014

Over the last two decades, numerous experimental and numerical efforts have examined physical phenomena in plasma discharge devices. The physical mechanisms that govern the anomalous electron diffusion from the cathode to the anode in the Hall Effect Thruster (HET) are not fully understood. This work used 1-D numerical method to improve our understanding and gain insight into the effect of the anomalous electron diffusion in the HET. To this end, numerical solutions are compared with various experimental HET performance measurements and the effects of anomalous electron diffusion are analyzed. The relationships between the anomalous electron diffusion and important parameters of the HET are also studied quantitatively. The work identifies the cathode mass flow rate fraction, radial magnetic field distribution, and discharge voltage as significant factors that affect anomalous electron diffusion. Additionally, the study demonstrates a computational process to determine the radial magnetic field distribution required to achieve specific thruster performance goals.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권4호
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• pp.377-386
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• 2015

본 논문에서는 국내에서 개발된 인공위성 중 최초로 홀 추력기(Hall-effect Thruster)를 탑재한 두바이셋-2(DubiaSat-2)호의 궤도를 분석하여 홀 추력기의 성능을 검증하였다. 두바이셋-2호가 발사된 2013년 11월 21일(UTC) 이후 8개월간의 초기 궤도 운용을 위한 준비 및 수행 결과들에 대해 중점을 두었으며, 임무 수행 기간 중 태양활동이 궤도 변화에 미치는 영향력을 함께 분석하였다. 특히, 증가한 추력에 따른 실제 궤도 변화와 예측된 궤도를 비교하여 분석한 결과 홀 추력기는 지상 실험 결과와 유사한 11 mN 추력을 발생하고 있는 것을 확인하였다. 본 논문에서 정리된 내용은 추후 홀 추력기를 탑재한 인공위성의 초기 및 정상 임무기간 동안 궤도 운용 시 안정성과 효율성을 높이는데 주요 참고자료가 될 것으로 판단된다.

• 한국우주과학회:학술대회논문집(한국우주과학회보)
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• 한국우주과학회 2007년도 한국우주과학회보 제16권2호
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• pp.139-143
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• 2007

전기 추진시스템은 저렴한 개발비와 높은 신뢰성을 제공하는 추진 장치로 많은 분야에서 응용 되어 왔다. 특히 최근에 발사된 SMART-1과 MUSES-C는 우리에게 시사하는 바가 크다. 각각 European Space Agency(ESA)와 Japan Aerospace Exploration Agency(JAXA)에서 개발한 행성 탐사선으로, SMART-1은 달 탐사를 목적으로 하고 MUSES-C는 소행성 Itokawa의 토양을 채취해오는 것을 목적으로 한다. 이 두 탐사선에는 각각 Hall effect thruster와 Micro wave ion engine이 탑재되었는데, 작고 저렴한 비용의 탐사선을 이용해서 충분히 행성 탐사가 가능하다는 좋은 선례를 남겼다. 현재 개발되고 있는 과학기술위성 3호(STSAT-3)에도 전기추진 장치가 탑재되는데, SMART-1에 탑재 되었던 것과 유사한 Hall effect thruster가 인공위성 연구센터와 KAIST 물리학과의 GDPL과 공동으로 개발되고 있다. 성능이 좋은 전기 추력 장치를 개발하기 위해 추력기 내부에서 발생하는 플라즈마의 물리적 특성을 파악하는 것은 매우 중요한 일이다. 이 논문에서는 이러한 플라즈마의 특성을 모사하는 방법으로 Particle In Cell 모사와 더불어 독립적인 개개 입자의 운동을 기술하는 입자모사(particle simulation)를 이용하는 방법을 제시 하고자 한다. 이러한 접근 방법은 실제 전기추력장치를 설계하고 실험하는 담당자에게 플라즈마 운동에 대한 명료한 지식을 제공해 줄 수 있을 것으로 생각된다.

• 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.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권4호
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• pp.419-424
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• 2009

소형 인공위성의 궤도 보정을 위한 300 W급 홀 추력기의 제논연료공급장치를 개발하였다. 가스 상태의 제논 연료를 150 bar에서 2 kg을 저장할 수 있으며, 0.5 SCCM의 미세 유량을 제어할 수 있다. 미세 유량을 제어할 수 있는 유량 제어밸브의 구동을 위해 시스템을 구성하고, 시험을 통해 성능검증을 수행하였다. 이를 통해 $1.0{\times}10^{-6}$ torr압력의 진공에서 연료공급장치가 성공적으로 동작함을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권1호
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• pp.84-89
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• 2011

소형인공위성의 우주추진체로 사용될 홀방식 전기추력기의 서브시스템으로 제논연료공급장치가 개발되었다. 제논연료공급장치는 연료저장탱크에서 추력기의 양극과 음극에 낮은 압력으로 연료를 공급하게 된다. 추력기는 양극과 음극에서 독립적으로 정밀한 연료의 유량제어를 요구하고 있다. 연료의 유량은 양극과 음극에 각각 위치한 오리피스와 차단밸브를 통해 축압탱크의 압력을 변경함으로서 조절된다. 본 논문은 제논연료공급장치의 부품선정을 포함한 설계와 성능검증 및 기능시험에 대한 내용을 다루고 있다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2004년도 제22회 춘계학술대회논문집
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• pp.245-250
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• 2004

The discharge current oscillation has been measured for various hollow anode widths and its axial positions using a 1㎾-class anode layer hall thruster. As a result, there were thresholds of magnetic flux density for stable discharge. The plasma structure inside the hollow anode was numerically analyzed using the fully kinetic 2D3V Particle-in-Cell (PIC) and Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) methods. The results reproduced both stable and unstable operation modes. In the stable operation case, which corresponds to the case with low magnetic flux, the plasma penetrated into the hollow anode deeper than the case with higher magnetic flux density case. This suggests that comparably large substantial anode area should contribute to stable operation.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권11호
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• pp.974-980
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• 2014

소형 인공위성에 적용하기 위해 홀 추력기의 음극 전원공급기가 개발되었다. 이 전기추력기에는 마이크로웨이브 음극을 적용하였고 음극전원은 안정적인 동작을 위해서 필수적이다. 유량을 조절함에 따라 양극전류는 변하게 되고 이때 음극전류는 양극전류에 비례하여 제어되어야 한다. 그래서 양극전류에 비례하여 음극전류를 공급하도록 음극전원을 설계하였다. 또한 음극전원은 음극의 안정성을 위해 음극전류가 약 0.03A 이내에서 양극전류보다 더 흐르도록 세부 조정되었다. 음극전원에 대한 기능시험은 양극과 음극을 등가적인 부하로 구성하여 수행되었다. 안정적인 추력기 동작을 확인하기 위해서 진공 챔버에서 검증되었고 발사 이후에 우주환경에서도 정상적으로 동작하는 것을 확인하였다.