• 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

• 한국항공우주학회지
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• 제39권2호
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• pp.195-200
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• 2011

소형 지구관측위성의 궤도 보정을 위한 저전력 홀 추력기를 개발하였다. 원통형 홀 추력기의 성능 특성을 파악하기 위해 원통형 홀 추력기과 고리형 홀 추력기를 제작하여 시험을 수행했고 그 결과를 비교 분석하였다. 원통형 추력기는 채널 내경에 따른 성능 변화를 보기 위해 28 mm, 50 mm 두 종류로 제작되었다. 다양한 방전 조건에서 추력과 이온 에너지, 이온 전류를 측정하였다. 결과는 원통형 추력기가 고리형 추력기에 비해 연료 효율과 전압 효율에서 더 뛰어나고, 전류 효율에서는 떨어짐을 보였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권8호
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• pp.141-147
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• 2002

위성의 임무말기에 추력기 효율을 추정하는 것은 추력기를 이용한 자세제어에 매우 중요한 과정이다. 본 연구에서는 무궁화위성 1호의 APEMAC 자세제어 수행시 지상으로 전달되는 텔레메트리를 통해 하드웨어적인 감쇠 효율을 추정하는 것이 아니고 비정상적인 모멘텀 변화로부터 연료에 섞인 Bubble의 영향으로 인해 발생되는 순간적인 추력기 효율 변화를 Simulink로 구현된 로직을 통해 얻어진 결과와 비교하여 추정하였다. 실제 텔레메트리가 변동 효율을 적용한 Simulink 결과와 일치함으로써, 본 연구의 결과는 일반 정지궤도 위성의 말기 운용 효율 증대에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 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.

• 한국우주과학회:학술대회논문집(한국우주과학회보)
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• 한국우주과학회 2009년도 한국우주과학회보 제18권2호
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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.

• 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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• 제11권1호
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• pp.18-26
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• 2007

마이크로위성의 임무능력 향상을 위한 과산화수소 단일추진제 마이크로 추력기를 개발하였다. 단일 추진제 추력기의 핵심 요소인 촉매를 모노리스 지지체에 담지/제작하였으며 특성속도 효율, 반응지연 시간 측정을 통해 추력기 성능평가를 수행하였다. 실험결과 정상상태 설계 유량에서 96.0%의 높은 특성속도 효율을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2000년도 제15회 학술강연회논문초록집
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• pp.8-8
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• 2000

하이드라진 단기액체엔진을 장착하고 궤도에서 임무를 수행하고 있는 다목적실용 위성 추진시스템 궤도비행 초기운용 자료에 근거하여 추진제 소모율을 산정 한다. 추진시스템은 위성의 궤도각과 비행고도 조정을 위한 속도증분($\Delta$V) 및 자세제어를 위한 추력을 발생시킨다. 단기액체 추진시스템에서 추진제 소모량은 추력기 밸브의 개폐시간에 비례하고 추력 생성 효율은 추진제의 연소기 유입압력에 종속한다. 일정질량의 가압 기체 압력에 의해 연료를 공급하는 추진시스템에서 잔류 추진제 량의 감소는 연소기 유입압력의 감소를 유발하고 추진기관의 효율을 저하시키는 요인으로 작용하여 임무말기로 진행함에 따라 동일한 운동량 생성에 보다 많은 연료소모가 이루어진다.(중략)

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제31회 추계학술대회논문집
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• pp.109-112
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• 2008

초소형 추력기의 최적화를 위한 연구로 촉매 담지 조건을 변화시키면서 성능 평가를 실시하였다. 촉매의 담지 조건 중 촉매 전구체를 용해시키는 전해물질의 산성도를 변화시켰다. 또한 각각의 경우에 대해 건조 조건을 달리하면서 이에 따른 성능 평가를 실시하였다. 이를 통해 촉매 담지 조건이 추력기 성능에 미치는 영향을 알아보았다. 추진제로는 90wt% 과산화수소를 사용하였으며, 높은 분해성능을 보이는 백금을 촉매로 사용하였다. 초소형 추력기의 목표 추력은 0.1N이며 성능 평가를 위해서 특성속도 효율과 온도 효율을 사용하기로 하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권5호
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• pp.496-501
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• 2009

소형 인공위성에 적합한 300 W 급 원통형 홀 추력기의 추력부를 개발하였다. 추력부채널 내부에서의 자기장 분포는 추력 성능을 좌우하는 주요한 변수이다. 자기장 구조가 다른 두 종류의 추력부를 설계하고 제작하여 추력 및 효율에 대한 비교 측정 시험을 수행하였다. 또한 내구성 시험을 수행하여 추력부의 안정된 작동 시간과 작동 후 발생하는 문제점에 대한 결과를 얻었다.