보고서 정보
주관연구기관 |
한국기계연구원 Korea Institute of Machinery and Materials |
연구책임자 |
최상규
|
참여연구자 |
박성제
,
홍용주
,
김효봉
,
고준석
,
인세환
,
한승우
,
박현성
,
변성현
,
김진균
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-11 |
과제시작연도 |
2017 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201800022743 |
과제고유번호 |
1711062295 |
사업명 |
한국기계연구원연구운영비지원 |
DB 구축일자 |
2018-06-16
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키워드 |
달탐사.RTG 열전소자 신뢰성평가.극저온냉동기.형상기억복합소재.Lunar explorer.RTG TEG reliability.Cryo-cooler.SMPC.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800022743 |
초록
▼
ㅇ 우리나라는 달 궤도선・착륙선을 2015~2020년에 총 7,357억원을 투자하여 독자 개발을 하기 위한 연구를 수행 중
ㅇ 달 탐사 프로젝트는 우주기술에서 IT, 원자력, 로봇, 자원탐사에 이르는 다양한 기술을 필요로 하기 때문에, 달 탐사선 뿐만 아니라 타 산업으로의 기술 파급효과가 큼
ㅇ 향후 인공위성 기술고도화 및 화성탐사를 비롯한 심우주 탐사 산업의 핵심 인프라 구축에 기여하고자 다음과 같은 달 탐사선 핵심 요소 부품 기술 개발을 수행
- 원자력전지용 열전소자 신뢰성 평가기술
- 탐사선 기계시스템용
ㅇ 우리나라는 달 궤도선・착륙선을 2015~2020년에 총 7,357억원을 투자하여 독자 개발을 하기 위한 연구를 수행 중
ㅇ 달 탐사 프로젝트는 우주기술에서 IT, 원자력, 로봇, 자원탐사에 이르는 다양한 기술을 필요로 하기 때문에, 달 탐사선 뿐만 아니라 타 산업으로의 기술 파급효과가 큼
ㅇ 향후 인공위성 기술고도화 및 화성탐사를 비롯한 심우주 탐사 산업의 핵심 인프라 구축에 기여하고자 다음과 같은 달 탐사선 핵심 요소 부품 기술 개발을 수행
- 원자력전지용 열전소자 신뢰성 평가기술
- 탐사선 기계시스템용 형상기억복합소재 구동기술
- 달 표면 광물분석용 레이저 분광기술
- 우주용 적외선 열 영상 장비용 고효율 소형 극저온 냉동기 기술 개발
ㅇ 형상기업복합소재 구동기술은 우주핵심 기초기술개발사업으로, 레이저 분광기술은 연구원 창업으로 발전시켜 1차년 조기 종료하였으며 이외 두 개 기술은 국내 최초로 성공적으로 개발 성공하여 2단계 달 탐사사업과 민수용으로 적용하고자 하고 있음
( 출처 : 최종보고서 요약 3p )
Abstract
▼
Korean Lunar Exploration Program has been launched by KARI in 2014 with the collaboration of numerous other national research institutes. As an active participant of the program KIMM has put lots of efforts in developing technologies related to mechanical components of the lunar orbiter and lander,
Korean Lunar Exploration Program has been launched by KARI in 2014 with the collaboration of numerous other national research institutes. As an active participant of the program KIMM has put lots of efforts in developing technologies related to mechanical components of the lunar orbiter and lander, such as SMPC(Shape Memory Polymer Composite) actuators, Laser spectroscopy analyzer, TEG(Thermo Electric Generator) reliability evaluation for RTG(Radioisotope Thermoelectric Generator) and Cryo-cooler for infrared sensors as in-house R&D projects. Among those technologies, SMPC actuator technology had been developed well enough to be funded by other Space R&D program of the government and Laser spectroscopy analyzer technology evolved into a start-up called “Scpeclipse”to be applied to medical industry.
For this in-house R&D program, the following two items have been developed.
1) Cryocooler for the Lunar orbiter
Onboard instruments of remote sensing for Korean lunar exploration mission, such as near Infrared spectrometer (NIRS) and infrared detector are good candidates to understand the existence and/or distribution of water ice,minerals and elements on the surface of the Moon.
Cryocooler is widely studied in the field of the medical device, the energy system and the aerospace.. Especially since the 1960’s cryogenic cooling technologies have been adopted in the spacecraft equipped with components which is required cryogenic cooling. In the recent years, the growth of cryogenic cooling technologies has been remarkable as the increase of the scientific, military and meteorological satellite equipped with an infrared optical system.
Spacecraft requirements for the cryocooler are operation for up to several years with zero maintenance, very low induced vibration on spacecraft, low power consumption, minimum weight, structural integrity to withstand launch.
Stirling type pulse tube cryocoolers are very attractive for cooling of diverse application because it has it has several inherent advantages such as no moving part in the cold end, low manufacturing cost and long operation life. To develop the Stirling-type pulse tube cryocooler, we need to design a linear compressor to drive the pulse tube cryocooler. A moving magnet type linear motor of dual piston configuration is designed and fabricated, and this compressor could be operated with the electric power of 77 W and the frequency up to 49 Hz. A single stage coaxial type pulse tube cold finger aiming at over 1.0 W at 77 K is built and tested with the linear compressor. Experimental investigations have been conducted to evaluate their performance characteristics with respect to several parameters such as the phase shifter, the charging pressure and the operating frequency of the linear compressor.
This cooler delivers 1.54 W cooling at 77 K for 77 W of input power. And coefficient of performance(COP) was 5.8%.
2) TEG life estimation tech. for RTG
Radioisotope Thermoelectric Generator (RTG) shields the radiation energy generated when the radioisotope collapses, and converts it into the thermal energy. The thermal energy is transferred to a thermoelectric module to generate a temperature difference between the upper and lower plates of it, and the thermal energy is converted into electric energy by the thermoelectric effect to produce electric power.
Since RTG has the advantages of stable energy supply and high density energy generation, and is a major energy source for future space exploration and deep sea exploration, research and development of RTG is already under way in advanced countries. In order to use RTG in a space environment, reliability evaluation technology that predicts service life is important. NASA has been studying RTG for more than 40 years and studies are underway for failure mechanisms, long life and high reliability RTG.
In this study, the technology to evaluate the reliability of RTG was developed. The integrated software for thermoelectric analysis, thermal stress analysis and fatigue analysis has been constructed and a equipment for evaluating the reliability of thermoelectric devices has been developed. As a final result, reliability data of domestic and overseas thermoelectric devices were constructed and procedures for evaluating the life of RTG were obtained.
( 출처 : SUMMARY 8p )
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 최종보고서 ... 3
- 요 약 문 ... 4
- SUMMARY ... 8
- CONTENTS ... 10
- 목차 ... 11
- 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 12
- 1 절 연구개발의 목적 ... 12
- 2 절 연구개발의 필요성 및 범위 ... 12
- 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 14
- 1 절 국내 기술 개발 현황 및 시장 현황 ... 14
- 2 절 국외 기술 개발 현황 및 시장 현황 ... 16
- 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 19
- 1 절 원자력전지용 열전소자 설계 및 신뢰성 평가기술 개발 ... 19
- 2 절 우주용 고효율 소형 극저온 냉동기 기술 개발 ... 33
- 3 절 형상기억복합소재 구동 기술 ... 45
- 4 절 달 표면 광물분석용 레이저 유도 플라즈마 분광 기술 ... 47
- 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 51
- 1 절 목표달성도 종합 ... 51
- 2 절 대내외 융합연구 또는 연구협력 실적 ... 56
- 3 절 관련분야에의 기여 ... 58
- 제5장 연구개발성과의 활용계획 ... 59
- 제6장 연구시설·장비 현황 ... 60
- 제7장 참고 문헌 ... 61
- 끝페이지 ... 62
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