• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2006년도 추계 학술대회논문집
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• pp.101-105
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• 2006

The computational fluid dynamic analysis has been conducted for the thermo-chemical flow field in an arcjet thruster with mono-propellant Hydrazine (N2H4) as a working fluid. The Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are modified to analyze compressible flows with the thermal radiation and electric field. The Maxwell equation, which is loosely coupled with the fluid dynamic equations through the Ohm heating and Lorentz forces, is adopted to analyze the electric field induced by the electric arc. The chemical reactions of Hydrazine were assumed to be infinitely fast due to the high temperature field inside the arcjet thruster. The chemical and the thermal radiation models for the nitrogen-hydrogen mixture and optically thick media respectively, were incorporated with the fluid dynamic equations. The results show that performance indices of the arcjet thruster with 1kW arc heating are improved by amount of 180% in thrust and 200% in specific impulse more than frozen flow. In addition to thermo-physical process inside the arcjet thruster is understood from the flow field results.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년 영문 학술대회
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• pp.550-552
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• 2008

A small hall thruster with a thrust of about 10 mN and a specific impulse of about 1500 s is being developed with an intent to control or maintain the orbits of small satellites. The total mass, consumed electric power and efficiency of the thruster are approximately 10 kg, 300W and 30%, respectively. The thruster system consists of a hall thruster with a cylindrical cross section, a power processing unit and a Xenon(Xe) gas feed system. Laboratory examination of the thruster performance finds that the thruster meets the design specification.

• 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.

• 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.

• 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.

• 한국추진공학회지
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• 제23권6호
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• pp.95-108
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• 2019

전기추진은 전기에너지를 이용하여 연료를 빠른 속도로 분사시켜 높은 비추력을 갖는 추진방식으로, 위성의 연료무게를 크게 감소시켜 발사비용 감소와 탑재체 무게를 증가 시킬 수 있어 세계적으로 매우 활발하게 연구되고 있다. 최근에는, 초소형위성부터 대형위성, 저궤도위성부터, 우주탐사선까지 다양한 목적으로 전기추력기가 활용되고 있으며, 완전전기추진을 이용하여 위성임무를 수행하고자 하는 위성들도 개발되어 점차 그 수가 증가하고 있다. 본 논문에서는, 세계적으로 연구가 가장 활발하게 진행되고 있는 미국, 유럽, 일본에서의 전기추력기 연구개발 현황과 동향에 대해서 살펴보고자 한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권9호
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• pp.907-915
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• 2008

하이드라진(N2H4) 아크젯 추력기의 열화학 유동장 해석을 위한 전산유체해석을 수행하였다. 열복사와 전기장이 고려된 압축성 유동해석을 위해서 RANS 방정식을 수정하여 사용하였다. 로렌츠 힘과 Ohm 가열효과를 고려한 Maxwell 방정식이 유동방정식과 결합되어 전기 방전으로 인한 전기장해석을 위해 이용되었다. 아크젯 추력기 내부에서 유동장은 충분히 고온상태이기에 화학평형 해석이 이용되었으며, 광학 두께를 이용한 열복사 모델이 유동방정식에 적용되었다. 계산 결과들은 아크젯 추력기유동이 동결유동에 비해 추력은 180%증가되며, 비추력은 200%가까이 상승됨을 보여준다. 또한 유동장 해석 결과들은 아크젯 추력기 내부의 열적 물리적 특성에 대한 이해를 돕는다.

• 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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• 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.

• 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.