300 W급 원통형 홀추력기의 자기장 구조 변경에 따른 이온빔 특성 연구

Abstract

전기추력기는 화학식 추력기와 비교하여 높은 비추력을 갖기 때문에 인공위성의 자세 제어, 궤도 수정 및 궤도천이 등의 임무수행과 심우주탐사와 같은 다양한 고난이도 우주임무에 활용되고 있다. 홀추력기는 가속 그리드가 없는 구조로, 제한되지 않은 공간전하로 인하여 높은 추력밀도를 갖으며 비교적 간단한 시스템 구조를 가지고 있어 위성 산업에서의 중요성이 증대되고 있다. 플라즈마 홀추력기는 외부에 위치한 음극을 통해 채널 내부로 전자가 공급되며, 전자와 충돌을 통해 발생된 Xe 이온들은 양극과 음극 사이에 존재하는 전기장에 의해 가속되어 추력을 발생되는 방식으로 작동한다. 자기장은 홀추력기에서 전자를 가두고 내부 전기장을 형성하는 가장 중요한 요소로 추력기의 성능, 소비 전력 및 이온 빔 특성과 밀접한 관련이 있다. 본 연구에서는 300W 급 원통형 추력기에서 플라즈마와 내벽 사이의 상호 작용을 줄이기 위해 자기력선이 채널 벽 및 양극과 평행 한 구조를 갖도록 개발하였다. 300 W 급 방전에서 기존 자기장 구조에서는 추력 12.2 mN, 비추력 1805 s 양극효율 35%로 나타났으나, 향상된 자기장 구조에 대해 추력은 13 mN, 비추력 약 1900 s, 양극 효율은 약 39 %로 나타났다. 개발된 추력기는 기존의 원통형 추력기보다 증가된 추력, 비추력 및 효율을 보여주었으며, 이를 통해 추력기 내부의 자기장 제어의 효과가 뚜렷하다는 것을 확인하였다. 또한, 측정된 연료 효율은 160% 이상이며 다중 이온의 비율이 약 66 %, 다수의 고에너지 이온들이 관찰되었다. 본 발표에서는 상세한 자기장 설계 내용과 측정 결과가 발표될 예정이다.