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대기 중 미세먼지 농도 측정을 위한 하이브리드 로켓 설계 및 제작
Design and Manufacture Hybrid Rocket for Measuring Atmospheric Fine Dust 원문보기

한국항공운항학회 2015년도 추계학술대회, 2015 Nov. 13, 2015년, pp.13 - 19  

박영훈 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ,  김기문 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ,  이동완 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ,  문희장 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ,  김진곤 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부)

초록
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본 연구의 목적은 자체 설계 제작한 하이브리드 발사체를 이용하여 대기 중의 미세먼지를 측정하는데 있다. 대기 중의 미세먼지를 측정하기 위한 방법으로는 중량농도법을 이용하였으며, 미세먼지 측정을 위한 포집장치를 자체 제작하였다. 엔진은 5port의 HDPE(High Density Polyethylene)를 연료 그레인으로 사용하였고 $LN_2O$(Liquefied Nitrous Oxide)를 산화제로 사용하였다. 압력, 가속도, GPS 등을 수집하며, 하이브리드 발사체의 동체는 FRP(Fiberglass Reinforced Plastics)로 제작한다. 전체 비행시간은 총 95초로 예상되며. 연소시간은 3초, 고도는 800 m 이다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 하이브리드 로켓의 장점으로 인해 한국항공대학교 HRPL(Hybrid Rocket Propulsion Laboratory)에서는 2009년부터 소형 하이브리드 로켓을 직접 설계 및 제작하고 발사를 수행해왔다. 따라서 본 연구는 하이브리드 추진 시스템을 소형 발사체에 적용하여 현재 환경에 심각한 문제를 일으키고 있는 대기 중 미세먼지를 측정함으로써 하이브리드 발사체의 관측로켓으로의 적용 가능성을 알아보았다.
  • 본 연구에서는 로켓 비행 데이터 측정 및 수집과 로켓의 회수를 위한 전자 장치를 직접 설계, 제작하였다. 로켓의 가속도와 자세를 측정하기 위한 3축 가속도 센서, 위치 측정을 위한 GPS모듈 그리고 고도 측정을 위한 압력센서가 사용되었다.
  • 본 연구에서는 입자의 크기가 5μm 이하인 미세먼지(PM5)를 측정하는 데에 목적이 있다.
  • 본 연구에서는 하이브리드 엔진을 이용하여 대기 중 미세먼지 농도를 측정하는 것을 임무로 한다. 따라서 미세먼지 포집을 위한 목표고도 800m로 설정하였고, 자체 제작한 미세먼지 포집장치는 로켓의 최고높이에서 사출되어 로켓과 분리된 상태로 낙하하며 미세먼지를 포집한다.
  • 본 연구의 목적은 자체 제작한 하이브리드 발사체를 이용하여 고도 800m로부터 대기 중의 미세먼지를 측정하는데 있다. 
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존 관측로켓이 고체로켓을 사용하는 이유는? 이런 관계로 최근 국내외 연구기관에서는 관측 로켓에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 기존의 관측로켓은 대부분 발사가 용이하다는 이유로 고체로켓을 사용하고 있다. 하이브리드 로켓의 경우, 액체 산화제와 고체 연료를 사용하는 로켓으로 재시동 및 추력의 조절이 가능하며 산화제와 연료가 분리되어 있기 때문에 고체로켓에비하여 추진제 누출 및 폭발 위험성이 없어 안전하다.
관측로켓에 고층 대기 연구에 있어서 필수적인 이유는? 관측로켓은 우주 공간 또는 대기의 과학 관측이나 실험을 수행하기 위하여 장비를 탑재한 준궤도(Sub-orbital) 로켓으로 대기 밀도, 압력, 전리층 전자밀도 등 여러 가지 항목들을 관측할 수 있기 때문에 고층 대기 연구에 있어서 필수적이다. 이런 관계로 최근 국내외 연구기관에서는 관측 로켓에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
하이브리드 로켓의 장점은? 기존의 관측로켓은 대부분 발사가 용이하다는 이유로 고체로켓을 사용하고 있다. 하이브리드 로켓의 경우, 액체 산화제와 고체 연료를 사용하는 로켓으로 재시동 및 추력의 조절이 가능하며 산화제와 연료가 분리되어 있기 때문에 고체로켓에비하여 추진제 누출 및 폭발 위험성이 없어 안전하다. 또한 액체로켓 시스템에 비해 디자인이 단순하여 제작이 용이하며 비용과 안전도 면에서 장점을 가지고 있다.
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