나노기술(NT, Nanotechnology)은 분자 및 원자 수준에서 물질을 제작 및 가공할 수 있는 초극미세기술을 의미하며, 재료, 물리, 전자 등의 기존의 기술 분야들을 융합하여 새로운 기술 영역을 구축하는 학제간 연구(Interdisciplinary)가 필요한 분야이다. 국내에서는 탄소나노튜브가 향후 반도체를 견인할 10대 신성장동력 미래기술로 선정되어 활발한 연구가 이루어지고 있다. 나노기술이 미소과학 분야라면 우주기술(ST, Space Technology)는 거대 복합과학 분야를 대표하는 기술로서 기계, 재료, 전자, 통신 등의 기술을 활용하는 시스템 기술이다. 우리나라의 우주개발은 선진국 보다 비록40년 가량 늦었지만 15년 남짓한 기간에 기술자립화 단계로 나아가는 비약적인 성과를 보여주고 있다. 전남 고흥에 나로우주센터가 완공되면 우리 땅에서, 우리 위성을, 우리 발사체로 발사할 수 있게 된다. 나노기술분야는 나노재료, 나노전자, 나노제조 등 매우 광범위하므로 우주기술 개발을 위한 제한된 자원의 견지에서, 비용 대비 성능이 가장 우수하게 평가되는 나노 기술적 구성요소들에 집중하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 미국 NASA에서 수행중인 나노기술 개발현황과 유럽의 9차 나노포럼에서 보고한 우주항공분야의 나노기술을 기초로, 현재 우주항공선진국에서 수행중인 개발 현황을 정리하였다. 성능 나노기술의 도움으로 이전에는 불가능하였던 우주 기술이 현실로 다가오고 있는바, 우주개발의 경쟁력을 얻기 위해서는 나노기술을 접목해야만 한다는 것을 알 수 있다. 우리나라는 국가우주개발중장기계획에 따라 2025년 달탐사 착륙선을 개발할 계획이므로, 나노기술을 적극적으로 활용하여 선진국수준의 기술을 확보해야 할 것이다.
나노기술(NT, Nanotechnology)은 분자 및 원자 수준에서 물질을 제작 및 가공할 수 있는 초극미세기술을 의미하며, 재료, 물리, 전자 등의 기존의 기술 분야들을 융합하여 새로운 기술 영역을 구축하는 학제간 연구(Interdisciplinary)가 필요한 분야이다. 국내에서는 탄소나노튜브가 향후 반도체를 견인할 10대 신성장동력 미래기술로 선정되어 활발한 연구가 이루어지고 있다. 나노기술이 미소과학 분야라면 우주기술(ST, Space Technology)는 거대 복합과학 분야를 대표하는 기술로서 기계, 재료, 전자, 통신 등의 기술을 활용하는 시스템 기술이다. 우리나라의 우주개발은 선진국 보다 비록40년 가량 늦었지만 15년 남짓한 기간에 기술자립화 단계로 나아가는 비약적인 성과를 보여주고 있다. 전남 고흥에 나로우주센터가 완공되면 우리 땅에서, 우리 위성을, 우리 발사체로 발사할 수 있게 된다. 나노기술분야는 나노재료, 나노전자, 나노제조 등 매우 광범위하므로 우주기술 개발을 위한 제한된 자원의 견지에서, 비용 대비 성능이 가장 우수하게 평가되는 나노 기술적 구성요소들에 집중하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 미국 NASA에서 수행중인 나노기술 개발현황과 유럽의 9차 나노포럼에서 보고한 우주항공분야의 나노기술을 기초로, 현재 우주항공선진국에서 수행중인 개발 현황을 정리하였다. 성능 나노기술의 도움으로 이전에는 불가능하였던 우주 기술이 현실로 다가오고 있는바, 우주개발의 경쟁력을 얻기 위해서는 나노기술을 접목해야만 한다는 것을 알 수 있다. 우리나라는 국가우주개발중장기계획에 따라 2025년 달탐사 착륙선을 개발할 계획이므로, 나노기술을 적극적으로 활용하여 선진국수준의 기술을 확보해야 할 것이다.
Nanotechnology(NT) refers to a field of advanced micro-technology covering the creation and manufacturing of materials on the atomic and molecular scale and requires interdisciplinary study with various fields including materials science, physics, chemistry, electronics and others. Whileas nanotechn...
Nanotechnology(NT) refers to a field of advanced micro-technology covering the creation and manufacturing of materials on the atomic and molecular scale and requires interdisciplinary study with various fields including materials science, physics, chemistry, electronics and others. Whileas nanotechnology is a kind of micro and small scaled science, space technology(ST) is one of the larger and system technologies utilizing broad fields of mechanical, materials, electronics and communication technologies. It is necessary to select and concentrate the functional items of nanotechnology for efficient application to be utilized in space technology, due to the cross-sectional characteristics of nanotechnology within nanomaterials, nanoelectronics, and nanomanufacturing. This paper provides the current state of art of nanotechnology in space technology by evaluating NASA's activities and the 9th frame of the project ANTARES(Analysis of Nanotechnology Applications in Space Developments and Systems) with the support of the German Aerospace Center (DLR), Space Flight Management, Division Technology for Space Systems and Robotics. It has shown that it is necessary to apply nanotechnology to space technology in order to achieve international competitiveness, for the nanotechnology can bring the previously impossible things to reality. Since KARI plans to send an unmanned probe to the moon's orbit and land a probe on the moon's surface in 2025, it is urgently needed to incorporate nanotechnology to national space development plan.
Nanotechnology(NT) refers to a field of advanced micro-technology covering the creation and manufacturing of materials on the atomic and molecular scale and requires interdisciplinary study with various fields including materials science, physics, chemistry, electronics and others. Whileas nanotechnology is a kind of micro and small scaled science, space technology(ST) is one of the larger and system technologies utilizing broad fields of mechanical, materials, electronics and communication technologies. It is necessary to select and concentrate the functional items of nanotechnology for efficient application to be utilized in space technology, due to the cross-sectional characteristics of nanotechnology within nanomaterials, nanoelectronics, and nanomanufacturing. This paper provides the current state of art of nanotechnology in space technology by evaluating NASA's activities and the 9th frame of the project ANTARES(Analysis of Nanotechnology Applications in Space Developments and Systems) with the support of the German Aerospace Center (DLR), Space Flight Management, Division Technology for Space Systems and Robotics. It has shown that it is necessary to apply nanotechnology to space technology in order to achieve international competitiveness, for the nanotechnology can bring the previously impossible things to reality. Since KARI plans to send an unmanned probe to the moon's orbit and land a probe on the moon's surface in 2025, it is urgently needed to incorporate nanotechnology to national space development plan.
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문제 정의
본 투고에서는, 이러한 목적으로 현재 우주 항공 선진국에서 수행하고 있는 나노기술 개발 동향을 조사하고 적용대상에 따라 예를 제시하였다. 미국 국가 과학 기술 심의회 (NSTC, National Science and on Technology) 의 NSET (Nanoscale Science, Engineering, and Technology) 소위원회가 국가 나노기술 조정국(NNCO, National Nanotechnology Coordination Office) 을 통해서 개최한 주제워크숍[3] 중심으로 우주 탐사를 위한 나노기술의 연구개발현황을 검토하였다.
우주환경에서의 장기간의 임무에서 탑승인 공기공급원에 점차적적으로 유독한 화학 물질이 쌓이게 되는 문제가 있었는데 Nanosensor는 소량의 이러한 불순물을 탐지하여 탑승인에게 알려 줄 수 있다. 이 실험의 목적은 아주 작은 탄소 나노 튜브에 센서 소재를 입혀서 제작된 나노센서가 우주 환경에서 견딜 수 있다는 것을 보여주었다. 또한 나노센서가 우주의 미소중력과 열과 cosmic radiation에서 얼마나 잘 작동하는지를 시 험하였다.
제안 방법
Microsatellite Propulsion Integration (MPI) 프로그램에서 BHT-200을 Air Force Research Laboratory's (AFRL)의 TacSat-2 satellite에 장착하여 성공적으로 시험하였다. 200W에서 13mN의 추력을 냈으며 효율성은 43%였다.
흐르게 된다. 우주환경에서 시험하기 위하여 32개의 나노센서가 있는 컴퓨터칩에 있는 작은 챔버에 20ppm 의 NO2를 주입하고 기체와 센싱소재가 접촉할 때의 전류변화를 측정한다. 32개의 나노 센서가 있는 칩은 1.
표 2에 우주탐구에 적용이 가능한 나노기술을 제시하였다. 이들 중에 몇 몇 분야는 우주 개발의 상업적 활용이 가능한 분야로서 첨단 기술의 틈새 시장에서 mass production 시장으로 진입이 가능하다.
대상 데이터
미시간대학[13] 에서 개발하고 있는 새로운 electrostatic thruster technologye micro-and nano-electromechanical systems (MEMS/ NEMS)과 함께 나노입자를 추진제로 사용한다. nanoFET, 또는 nanoparticle field extraction thruster 라고 불리우는 추진기관은 효율이 높은 variable specific impulse engine 으로, 향후 우주과학과 우주 탐사 임무를 위하여 대형화가 용이한 장점이 있다.
성능/효과
[14]. 5kW 고전압 추력 기로서 300-1000V 와 5mg/s 조건에서 시험한 결과 600V 이상에서 50%의 효율성을 유지할 수 있었다.
11]. 이 시험에서 나노센서가 우주비행체 내부의 미소 기체를 탐지할 수 있다는 것을 보여주었다. 이 기술은 더 작고 더욱 기능이 높은 환경탐사가 가능하여 향후 우주인의 체류장소에 smoke 탐지기로 사용할 수도 있다.
후속연구
분석에 의하면[9], CEVTPS용의 고밀도 탄소페놀을 이용하면 50-70%의 방사선차폐 효과뿐만 아니라 우주에서 1년(화성탐사임무에 소요되는 전형적 인 왕복여 행시간)동안 머물 때 필요한 충분한 열 보호 효과를 동시에 제공할 수 있다. TRIPS는 기존의 고밀도탄소 페놀(갈릴레오호 진입탐사기 열차폐재료) 이나스타더스트호 귀환캡슐에 탑재된 페놀포화탄소 삭마제 (PICA, Phenolic Impregnated Carbon Ablators) 에서비롯한 일회성 탄소 삭마제(ablator) 역할을 할 것이다. TRIPS 재료 또한 CNT로 구성되어 있어서 방사선 차폐 기능을 추가하고 있다.
것이다. 또한 센서와 Life supporting system, 에너지관리 및 전자 부품에 나노재료 기 술을 적 용할 수 있도록 우주개발 전문기관인 한국항공우주연구원의 주도로 장기적인 로드맵을 작성하여 국내의 나노기술 전문가를 활용하고 독점적으로 관련 기술을 점유할 수 있어야 하겠다.
만일 미래에 우수한 특성의 CNT를 대규모로 제조할 수 있고, 뛰어난 분자 속성을 거시적인 재료로 이전하는 것이 가능하다면 향상된 전통적 우주비 행체도 가능할 뿐만 아니라 현재에는 실현 불가능한 것 처럼 보이는 구조물에도 적용이 가능해 질 것이다. 예를 들어 그림 3과 같이 스스로 지탱할 수 있는 CNT 로프로 구성되는 우주 승강기 (Space Elevator)를 생각할 수 있는 데 이것은 지구로부터 우주에 있는 대지 정지 물체까지 연결할 수 있다[8].
본 조사연구의 결과는 우주항공분야는 물론이 고 나노기술, 나노소재 등의 개발 계획 수립 등에 활용될 수 있을 것이며, 나노기술(NT)과 우주기술(ST)을 결합한다면 큰 시너지효과를 얻을 수 있을 것이다.
이 시험에서 나노센서가 우주비행체 내부의 미소 기체를 탐지할 수 있다는 것을 보여주었다. 이 기술은 더 작고 더욱 기능이 높은 환경탐사가 가능하여 향후 우주인의 체류장소에 smoke 탐지기로 사용할 수도 있다. NASA의 Nano ChemSensor Unite 미국 해군 연구소의 MIdSTAR-1 위성에서 2007년 3월 9일 2번째 시험을 완료하였다.
전망이다. 이로 인한 혜택은, 전자기기를 마이크로 규모로 소형 화하고 나노탄소섬 유복합재 료를 개 발하는 것처럼, 과거에 사용된 재료의 성능을 훨씬 능가할 것이다.
이러한 임무의 경우, CEV 재진입 가열율은 각각 약 10-40배이며 우주왕복선의 날개 앞전보다 더 극심하다. 향후 NASA의 탐사 임무들은 장기적일 것이며, 따라서 방사선에 대한 노출과 미소유 성체 및 궤도잔해(MMOD, micrometeors and orbital debris)에 대한 노출이 확대될 것이다. 이러한 노출은 비행시간과 비례하여 선형적으로 늘어나기 때문에, 우주비 행체용의 견고하고 내구성 있는 재료를 개발할 필요성이 시급하다.
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