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논문 상세정보

초록

소형 인공위성의 궤도 보정을 위한 300 W급 홀 추력기의 제논연료공급장치를 개발하였다. 가스 상태의 제논 연료를 150 bar에서 2 kg을 저장할 수 있으며, 0.5 SCCM의 미세 유량을 제어할 수 있다. 미세 유량을 제어할 수 있는 유량 제어밸브의 구동을 위해 시스템을 구성하고, 시험을 통해 성능검증을 수행하였다. 이를 통해 $1.0{\times}10^{-6}$ torr압력의 진공에서 연료공급장치가 성공적으로 동작함을 확인하였다.

Abstract

A Xenon feed system has been developed for a 300 W Hall-effect thruster intended for orbit maintenance of small satellite. The system can store about 2 kg of xenon gas at 150 bar and is capable of controlling the mass flow rate of the gas at 0.5 SCCM resolution. The performance of the system is verified with a laboratory experiment. It is confirmed that the operation of the feed system is successful at a pressure level of $1.0{\times}10^{-6}$ torr in the vacuum chamber.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
홀(Hall) 방식의 전기추력기
홀(Hall) 방식의 전기추력기의 장점은 무엇인가?
소형화가 용이하고, 비교적 간단한 장점

소형 위성의 임무 다양화에 따른 추진시스템의 필요성이 증대되고 있으며, 소형화된 전기추진 시스템이 높은 연료 효율과 시스템 무게 및 부피 절감 등의 장점으로 적합성이 대두되고 있다. 특히 홀(Hall) 방식의 전기추력기는 소형화가 용이하고, 비교적 간단한 장점이 있어 활용도가 높아지고 있다[1]. 이러한 홀 추력기(Hall thruster) 는 극히 적은양의 연료를 사용하기 때문에 미세 하게 연료를 공급해 주는 연료공급시스템이 필요 하다.

소형 위성
소형 위성의 필요성이 증대된 이유는 무엇인가?
임무 다양화

소형 위성의 임무 다양화에 따른 추진시스템의 필요성이 증대되고 있으며, 소형화된 전기추진 시스템이 높은 연료 효율과 시스템 무게 및 부피 절감 등의 장점으로 적합성이 대두되고 있다. 특히 홀(Hall) 방식의 전기추력기는 소형화가 용이하고, 비교적 간단한 장점이 있어 활용도가 높아지고 있다[1].

제논연료 공급 장치
홀 추력기를 위한 제논연료 공급 장치를 제작해 실험한 결과는 무엇인가?
시스템 보정시험을 통해 얻어진 결과로 전압을 인가함으로써 양극(Anode)과 음극(Cathode)에 각각 요구되는 유량을 제어할 수 있음을 알았다. 또한 각각의 압력센서와 전자식 압력제어기 입력전압을 모니터 함으로써 시스템의 상태를 점검할 수 있음을 확인하였다. 이를 통해 홀 추력기를 위한 제논 연료공급시스템의 개념을 이해할 수 있었으며, 향후 시스템의 신뢰도를 높이는 방안에 대한 연구를 통해 Flight Model개발을 진행할 것이다.

300W, 10 mN급 홀 추력기를 위한 제논연료 공급 장치를 지상시험 구현용으로 제작하여, 통합 시험을 통해 성능을 검증 하였다. 시스템 보정시험을 통해 얻어진 결과로 전압을 인가함으로써 양극(Anode)과 음극(Cathode)에 각각 요구되는 유량을 제어할 수 있음을 알았다. 또한 각각의 압력센서와 전자식 압력제어기 입력전압을 모니터 함으로써 시스템의 상태를 점검할 수 있음을 확인하였다. 이를 통해 홀 추력기를 위한 제논 연료공급시스템의 개념을 이해할 수 있었으며, 향후 시스템의 신뢰도를 높이는 방안에 대한 연구를 통해 Flight Model개발을 진행할 것이다.

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참고문헌 (8)

  1. 선종호, 전은용, 이종섭, 임유봉, 최원호, “소형위성용 10mN급 홀 방식 전기추력기의 개발”, 한국항공우주학회 춘계학술대회 논문집, 2007. 
  2. P. van Put, et al., "Development of an advanced proportional xenon feed assembly for the GOCE spacecraft", ISPC June 2004. 
  3. M.C.A.M. van der list, "NEXT generation electrical propulsion feed system and spin-off micro-propulsion components", ISPC June 2004. 
  4. G. Saccoccia, J. Gonzalez, "European activities in electric propulsion", AIAA-5271 July 2003. 
  5. Joseph K. Barbarits, Edward D. Bushway III, "Xenon Feed System Development", AIAA-4879 July 2003. 
  6. 선종호, 강성민, 김연호, 전은용, 최원호, 이종섭, 서미희, “소형위성의 궤도천이 및 보정을 위한 홀 추력기의 제작”, 한국항공우주학회지, 2008년 12월 심사진행 
  7. 강성민, 김연호, 선종호, 이종섭, 서미희, 최원호, “소형위성용 300 W 급 원통형 홀 추력기의 추력부 개발”, 한국항공우주학회지, 2008년 12월 심사진행 
  8. Walter H. Tam, Ian Ballinger, Don E. Jaekle, "Conceptual design of space efficient tanks", AIAA-5058 2006. 

이 논문을 인용한 문헌 (3)

  1. 강성민, 김연호, 선종호, 이종섭, 서미희, 최원호 2009. "소형위성용 300 W급 원통형 홀 추력기의 추력부 개발" 韓國航空宇宙學會誌 = Journal of the Korean society for aeronautical & space sciences, 37(5): 496~501 
  2. 이성호, 조희근, 유준 2010. "과학기술위성3호 홀 추력 제어기 개발" 韓國航空宇宙學會誌 = Journal of the Korean society for aeronautical & space sciences, 38(10): 992~997 
  3. 김연호, 강성민, 정연황, 선종호, 위정현, 윤호성, 최원호, 이종섭, 서미희 2011. "우주추진용 홀방식의 전기추력기를 위한 제논연료공급장치 개발" 韓國航空宇宙學會誌 = Journal of the Korean society for aeronautical & space sciences, 39(1): 84~89 

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