• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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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.

• Aerospace Engineering and Technology
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• v.9 no.2
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• pp.14-21
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• 2010

Ion thruster is a kind of electrostatic thruster that use electrostatic field in order to accelerate ionized propellant. Ion thruster have characteristics of small thrust but very high specific impulse among the electric thrusters. High specific impulse can reduce propellant consumption significantly. So, ion thruster have advantage for long time and long distance mission. Recently, plans for space exploration is increasing gradually not only at traditional forward countries for space like USA, Russia and Europe, but also other countries like Japan, China and India. Exploration for superior planets and asteroids the propellant ratio can go up to about 99% when chemical propulsion is used as a cruising thruster. Therefore, latest space exploration vehicles use the ion thruster as main thruster for del-V burn and use monopropellant thrusters for attitude control. In this paper, the development process of preliminary ECR ion thruster and the ECR discharge test results will be presented.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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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.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2011.11a
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• pp.645-648
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• 2011

Hydrazine which has been used as monopropellant shows high performance, but because of its high toxicity research for new green propellant that could replace hydrazine is going on. Ionic liquid propellant that is one of the green propellant has lower toxicity, higher specific impulse, and higher density than hydrazine. To design the thruster which use Hydroxylamine Nitrate (HAN), one of ionic liquid propellant, as a propellant, a quantity of catalyst for full decomposition of a propellant is needed. In this study, reference point for HAN thruster design could be suggested through a design of a small scale thruster which used HAN propellant, and propellant decomposition capability evaluation with characteristic velocity efficiency.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.48 no.8
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• pp.611-620
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• 2020

The effect of discharge voltage on electron mean energy, electric potential, ionization rate, neutral and ion density of Hall thruster was analyzed using a two-dimensional axisymmetric hybrid model. The results of the code developed for this study such as discharge current, thrust, and plasma distribution according to discharge voltage of SPT-100ML Hall thruster were compared by experiments and calculations of other researchers for validation. The results show that the electron mean energy, the ionization rate, and the ion density are increased while the neutral density is decreased as the discharge voltage is increased. The thrust and the discharge current are proportional to the discharge voltage.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.39 no.2
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• pp.195-200
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• 2011

A low power Hall thruster is under development for orbit maintenance of a small Earth observing satellite. Both cylindrical and annular type thrusters were manufactured and tested to characterize the performance of cylindrical Hall thrusters. Results were described through comparative analyses. Cylindrical thrusters were manufactured in two different channel diameter dimensions, 28 mm and 50 mm. Thrust, ion velocity and ion current were measured in various operating conditions. The results show that cylindrical thrusters are more efficient in mass utilization and voltage utilization, but less efficient in current utilization than annular one.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.25 no.4
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• pp.1-11
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• 2021

To develop technologies for the stable operation of electric propulsion systems, the exhaust plume behavior of electric thrusters was studied using PIC-DSMC(particle-in-cell and direct simulation Monte Carlo). For the numerical analysis, the Simple Electron Fluid Model using Boltzmann relation was employed, and the charge and momentum exchanges due to atom-ion collisions were considered. The results of this study agreed with the plasma potentials measured experimentally. Near the thruster exit, active collisions among particles and charge exchanges created slow ions and fast atoms, which were expected to significantly affect the trajectory and velocity of the thruster exhaust plume.

• Bulletin of the Korean Space Science Society
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• 2009.10a
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• pp.45.3-46
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• 2009

홀 추력기는 비교적 간단한 구조와 작은 크기 및 높은 연료효율로 미래 소형위성의 핵심기술로 주목 받고 있다. 이 연구실에서는 2010년 발사예정인 과학기술위성 3호에 탑재할 소형위성용 저 전력 홀 추력기를 연구 개발하였다. 성능에 가장 큰 영향을 미치는 자기장 구조는 FEMM전산코드를 이용한 해석을 통해 설계되었으며, 제작된 프로토타입의 실험을 통해 자기장의 세기 및 모양, 양극전압 및 기체유량에 따른 성능 특성을 관찰하였다. 또한 Faraday Probe와 Retarding Potential Analyzer (RPA), 랑뮈어 탐침 등을 이용해 이온빔의 분사각도 및 전류밀도, 이온에너지 분포, 플라즈마 전위 등을 측정하고 관찰된 특성을 물리적으로 분석하였다. 이러한 최적화 과정을 통해 설계된 비행모델의 시험 결과 양극전력 200 W, 제논 연료유량 0.85 mg/s 을 통해 11.2 mN 추력, 1350 s 비추력, 37% 추력효율을 획득하여 개발목표를 상회하는 만족할만한 결과를 얻었다.

• The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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• v.37 no.2
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• pp.196.2-196.2
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• 2012

본 논문은 달착륙선의 개념설계를 위하여 고려한 전력시스템의 설계와 달착륙선의 지상시험모델용 추력기 밸브구동 전원장치 개발에 대해 기술하였다. 달착륙선의 임무특성을 고려하여 전력시스템의 구조를 검토하고, 극한의 온도환경에서 달착륙선의 임무수행을 위하여 필요한 전력에너지를 충분히 공급할 수 있도록 태양전지 배열기와 배터리의 용량, 그리고 전장품의 용량을 설계하였다. 특히 경량의 달착륙선 개발을 위하여 고효율의 태양전지를 이용한 태양전지 배열기와 리튬-이온 배터리를 검토하였다. 극한의 우주환경에서 태양전지배열기의 동작특성을 검토하고 생성될 수 있는 최대 전력을 분석하여 최적의 태양전지 배열기의 면적을 분석하고, 장시간의 월식을 고려하여 배터리의 방전특성에 따른 배터리의 전압특성을 검토하였다. 그리고 달착륙선의 전력시스템 개념설계의 타당성 검토를 위하여 유럽에서 개념설계 중인 달착륙선의 전력시스템 사양과 용량에 대해 비교검토를 수행하였다. 현재 개발중인 지상검증모델용 달착륙선의 전력시스템 설계와 추력기 밸브구동 전원장치의 개발에 관해 기술하였다. 지상검증용 전력시스템은 태양전지배열기의 장착 없이 배터리의 전력만을 사용하여 지상검증모델용 달착륙선의 부하에 전력을 공급할 수 있도록 설계되었다. 달착륙선 지상시험모델의 비행시간과 임무에 따른 부하특성을 고려하여 상용 리튬-이온 배터리의 용량을 선정하였으며, 부하의 전력을 고려하여 간단한 보호회로를 설계하였다. 그리고 지상검증용 전원시스템은 추력기의 밸브구동을 위한 추력기 밸브구동 전원장치, DC/DC 컨버터 전원 모듈, 모니터링 모듈, 그리고 위급상황에서 전원을 차단하기 위한 "Emergency STOP" 모듈로 구성되어 있다.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.23 no.6
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• pp.95-108
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• 2019

Electric propulsion is a type of space propulsion with a high specific impulse by accelerating propellant using electrical energy and brings about reduction of the fuel mass and launch costs of satellites so that it is being extensively studied in the world. Electric thrusters are widely used for various purposes from micro satellites to large satellites and from low Earth orbit satellites to spacecraft for exploration. Recently, satellites using full-electric propulsion have been developed, and the number of satellites with electric propulsion is also gradually increasing. In this paper, the current status and trends of research on electric propulsion in the United States, Europe, and Japan will be reported.