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[국내논문] 적외선 우주망원경 냉각시스템 시험모델 열설계
THERMAL DESIGN OF A PROTOMODEL SPACE INFRARED CRYOGENIC SYSTEM 원문보기

韓國宇宙科學會誌 = Journal of astronomy & space sciences, v.23 no.2, 2006년, pp.153 - 160  

양형석 (한국기초과학지원연구원) ,  김동락 (한국기초과학지원연구원) ,  이병섭 (한국기초과학지원연구원) ,  김건희 (한국기초과학지원연구원) ,  이대희 (한국천문연구원) ,  박수종 (경희대학교) ,  남욱원 (한국천문연구원)

초록
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이 논문에서는 적외선 우주관측을 위한 냉각시스템 시험모델(PSICS, Protomodel Space Infrared Cryogenic System)의 설계를 위해 수행된 열해석 및 열설계 내용을 논의한다. 이 냉각시스템은 장래 진행될 위성 탑제용 적외선 우주 망원경의 냉각시스템 계발을 위한 예비연구를 위한 시스템이며, 테스트는 지상에서의 관측을 통해 수행된다. 냉각목표 온도는 80K이고, 80K에서 500mW의 냉각능력을 갖는 스터링 냉동기 1대가 냉각에 사용된다. 저열침입과 열부하의 바른 예측을 위해 냉각시스템의 전도, 복사 등의 각 열전달 모드에 대해 열부하를 산출하였고, 총 열부하는 복사열 차단 정도에 따라 $42{\sim}149mW$임을 알았다. 또한 냉각박스 표면의 온도분포는 0.12K 이하의 균일한 온도분포로 유지될 수 있음을 알았다. 이를 통해 80K에서 500mW의 냉동기를 이용하여 충분히 냉각시킬 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A Protomodel Space Infrared Cryogenic System (PSICS) cooled by a stirling cry-ocooler has been designed. The PSICS has an IR sensor inside the cold box which is cooled by a stirling cryocooler with refrigeration capacity of 500mW at 80K in a vacuum vessel. It is important to minimize the heat load s...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 한국기초과학지원연구원에서는 한국천문연구원과 공동으로 적외선 우주 망원경 냉각 시스템 개발을 목표로 하여 시험모델인 PSICS(Protomodel Space Infrared Cryogenic system)를 설계하였다. 적외선 우주 망원경 냉각시스템에는 액체헬륨 또는 액체질소와 같은 냉매를 사용하는 방법과 기계 식 냉동기를 이용하는 방법(Narasaki & Tsunematsu 2000)이 있으나, 최근의 냉동기 기술개발로 문제가 되어왔던 냉동기의 장기운전 신뢰성(Marquardt 2002)도 대폭 개선되었고, 액체냉매의 경우 냉매의 소비시간에 의해 관측이 종결되는 단점을 피하기 위해 본 연구에서는 스터링 냉동기(박성제 등 2003)를 이용한 80K 이하가 유지되는 냉각시스템 개발을 목표로 설계하였다. 이 논문에서는 적외선 센서 냉각을 위한 냉각시스템의 열설계를 위한 사양을 소개하고, 열부하 해석 결과를 논의한다.
  • 적외선 우주 망원경 냉각시스템에는 액체헬륨 또는 액체질소와 같은 냉매를 사용하는 방법과 기계 식 냉동기를 이용하는 방법(Narasaki & Tsunematsu 2000)이 있으나, 최근의 냉동기 기술개발로 문제가 되어왔던 냉동기의 장기운전 신뢰성(Marquardt 2002)도 대폭 개선되었고, 액체냉매의 경우 냉매의 소비시간에 의해 관측이 종결되는 단점을 피하기 위해 본 연구에서는 스터링 냉동기(박성제 등 2003)를 이용한 80K 이하가 유지되는 냉각시스템 개발을 목표로 설계하였다. 이 논문에서는 적외선 센서 냉각을 위한 냉각시스템의 열설계를 위한 사양을 소개하고, 열부하 해석 결과를 논의한다.
  • 적외선 우주망원경 냉각시스템의 시험모델을 설계하여 설계사양과 열부하에 대해 논의하였다. 냉각은 80K에서 500mW의 냉각능력을 갖는 스터링 냉동기를 이용하였고, 스터링 냉동기에 의해 필터와 적외선센서가 80K로 냉각된다.
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참고문헌 (11)

  1. 김도형, 정원묵, 김동락, 양형석, 정기호, 조승연 2003, 대한설비공학회 2003 하계 학술대회논문집, p.85 

  2. 김동락, 양형석, 정원묵, 이병섭, 신필권, 황시돌 2005, 한국초전도 저온공학회 논문집, 7(3), 39 

  3. 박성제, 홍용주, 김효봉, 유병건, 이기백 2003, 한국초전도 저온공학회 2003년도 학술대회 논문집, p.156 

  4. 양형석, 김동락, 이병섭, 최연석 2005, 국초전도 저온공학회 논문집, 7(3), 43 

  5. Collaudin, B. & Rando, N. 2000, Cryogenics, 40, 797 

  6. Dipirro, M. J. & Kittel, P. 1988, in Advances in Cryogenic Engineering, ed. R. W. Fast (New York: Plenum Press), p.893 

  7. Fujii, G., Tomoya, S., Kyoya, M., Hirabayashi, M., Murakami, M., Matsumoto, T., Hirao, T., Murakami, H., Okuda, H., & Kanari, T. 1996, Cryogenics, 36, 731 

  8. Marquardt, E. D. 2002, Cryogenics, 41, 845 

  9. Narasaki, K. & Tsunematsu, S. 2000, in The Institute of Space and Astronautical Science Report SP No.14, eds. T. Matsumoto & H. Shibai (Sagamihara: ISAS), p.331 

  10. Shibanuma, K., Kuriyama, M., & Shibata, T. 1991, Journal of the Atomic Energy Society of Japan, 33, 1083 

  11. Siegel, R. & Howell, J. 2002, Thermal radiation heat transfer (New York: Taylor & Francis), pp.155-193 

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