• 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.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권1호
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• pp.95-102
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• 2006

펄스형 플라즈마 전기추력기의 설계기술과 제어기법에 있어서는 과거의 기술에 비하여 많은 도약을 하였다. 그리고, 펄스형 플라즈마 전기추력기의 충전된 전기에너지는 추력기 구동시 중요한 비중을 차지함을 알 수 있다. 펄스형 플라즈마 전기추력기는 매 분사시 축전기에 충전된 전기에너지를 방전시켜 분사 시키므로서 추력을 얻는 장치이다. 따라서, 매 분사시 균일한 추력을 얻고자 할 경우에는 동작시점에서 균일한 전기 에너지가 충전되어 있어야 한다. 따라서, 본 논문에서는 매 분사시 균일한 추력을 얻기 위한 기법과 축전기와 추력기 엔진간의 기하학적 연결에 따른 안정성을 연구하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제26권2호
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• pp.40-46
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• 2022

홀추력기는 이온을 가속하여 추력을 얻는 전기추력기의 일종으로, 높은 비추력을 보유하여 다양한 우주임무에 활용되고 있다. 특히, 최근 다양한 우주임무 내 100 kg 내외의 소형 및 초소형위성의 활용이 가파르게 증가하면서, 이를 위한 저전력 전기추력기 연구개발의 중요성 역시 크게 증가하고 있다. 본 연구에서는 양극전력 200 W 미만의 홀추력기 랩모델 두 기를 설계 및 제작하고, 운전변수에 따른 추력성능 혹은 방전특성을 분석하였다. 결과적으로, 양극전력 50-175 W에서 2.5-9.0 mN 수준의 추력과 600-1,150 s의 비추력, 15-28% 양극효율을 확보하였다.

• 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.

• 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.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2008년도 제39회 하계학술대회
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• pp.1944-1946
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• 2008

본 논문에서는 통신해양기상위성의 추력기 구동장치에 대하여 기술하였다. 위성에서는 위성체 전력공급을 위한 태양전지판, 위성의 자세제어를 위한 모멘텀 휠과 추진계, 온도제어 등을 담당하는 다양한 추력기 (actuator)가 존재한다. 위성의 안정적인 동작을 위해 각각의 추력기를 제어하기 위한 전기 및 기계 접속 요구사항을 수용하는 인터페이스 기능을 담당하는 추력기 구동장치 (Acutator Drive Electronics, ADE)가 필요하다. 통신해양기상위성의 추력기 구동장치는 안정적인 동작을 위해서 1개의 ADE5 구조체 안에 ADE5 A와 ADE5 B가 중복되어서 구현되었다. ADE5는 ADE5 A와 B가 수동적 중복구조를 갖지만, 추력기와 ADE5 A, B가 상호연결되어 있어서 위성의 상태에 따라서 2개의 ADE5 A, B가 혼합적으로 사용될 수 있다.

• 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.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 제33회 추계학술대회논문집
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• pp.298-302
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• 2009

홀 추력기는 전기추력기의 한 종류로 비교적 간단한 구조와 높은 추력밀도 및 비추력으로 소형위성에 적합하다고 판단되어 주목받고 있으며, 이에 국내에서도 과학기술위성 3호의 핵심기술로 선정되어 자체 개발 중에 있다. 여러 요구조건 분석을 통해 입력전력 300 W, 추력 10 mN, 추력효율 35% 및 비추력 1000 s이 개발목표로 설정되었으며, 이를 만족하는 추력기의 개발을 위해 다양한 구조의 프로토타입 제작 및 실험을 수행하였다. 그 결과 현재까지 약 290 W 입력전력과 0.97 mg/s의 제논 연료유량에서 11 mN의 추력을 37%의 추력효율로 얻는 만족할만한 결과를 얻었다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권5호
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• pp.36-52
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• 2021

뉴 스페이스 시대를 맞아 군집 초소형 위성의 활용이 전 세계적으로 증가함에 따라, 위성의 정밀제어를 위한 추력기가 필수적으로 요구되고 있다. 전계방출 전기추진(Field Emission Electric Propulsion, FEEP) 추력기는 추진제로 액체 금속을 사용하는데, 강한 전기장에 의해 이온화된 액체금속을 가속시키는 방식의 추력기이다. FEEP 추력기는 1 µN급에서 1 mN급까지의 추력 범위와 10,000 s 수준에 이르는 큰 비추력을 가지며, 구조가 단순하고 소형화가 가능하여 초소형 위성의 다양한 자세 및 궤도 제어 임무에 적합하다. 본 논문에서는 FEEP 추력기의 개요를 소개하고, 연구개발 현황에 대해서 살펴보고자 한다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권4호
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• pp.1-11
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• 2021

2000년 대에 들어 가파르게 성장하고 있는 우주비행체용 전기추진시스템의 안정적인 운영기술 개발을 위해, PIC-DSMC를 이용하여 전기추력기의 배기플룸의 거동을 해석하였다. 해석 방법에서 Boltzmann 관계식을 이용한 Simple Electron Fluid Model을 적용하였고, 원자-이온 간 충돌에 의해 발생하는 전하 교환 및 운동량 교환을 함께 고려하였다. 본 연구의 해석결과는 실험에서 계측한 플라즈마 전위값을 비교적 잘 예측하였다. 추력기 출구 근처에서는 활발한 입자 간 충돌 및 원자-이온 간 전하 교환으로 인해, 느린 이온 및 빠른 원자가 생성되었으며, 추력기 배기플룸의 궤적 및 속도에 중요한 영향을 미칠 것으로 예측되었다.