초고분자량 폴리에틸렌을 이용한 지구 저궤도 우주 구조물의 우주 방사선 및 초고속 충돌 쉴딩에 관한 연구 = Ultra-high-molecular-weight polyethylene as cosmic radiation and hypervelocity impact shielding material for low earth orbit space structures

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우주방사선은 양성자, 중핵이온, 전자로 구성된 입자방사선으로 정의된다. 우주방사선은 인공위성 전자장치에 치명적인 영향을 주며, 수명을 감소시킨다. 또한 위성전자장치의 성능을 크게 제한시킨다. 우주인의 장기 우주체류가 불가능하게 만들고, 각종 질병과 암을 유발시킨다. 폴리에틸렌은 우주방사선 차폐에 매우 좋은 성능을 보이는 것으로 알려져 있다. 특히 초고밀도 폴리에틸렌(UHMWPE)은 매우 높은 기계적 성능을 가지고 있다. 한편, 현재 지구 궤도에는 수백만개의 우주 파편이 존재하고 있다. 우주 파편은 궤도에 따라 수에서 수십 km/s 의 초고속 속도를 가지며 우주 구조물의 생존을 크게 위협하고 있다. 국제우주정거장의 경우 이중으로 된 알루미늄 보호 시스템인 Whipple shield 개념을 적용하여 우주 파편 충돌로부터 우주인들을 보호한다. 하지만, 기존 우주구조물은 우주방사선 차폐 설계가 중요하게 고려되지 않았다. 본 연구에서는 초고밀도 폴리에틸렌이 적용된 제안된 우주 구조시스템의 우주방사선 차폐와 초고속 충돌성능을 실험해보았다. 양성자 가속기와 전자 가속기, 초고속 충돌 시험기인 2단 경 가스건을 실험에 사용하였다. 우주 환경 모사를 위해 열선을 이용해 초고밀도 폴리에틸렌을 고온 상태로 만들고, 초고속 충돌 실험을 수행하였다. 저궤도지구환경모사장비를 이용하여 outgassing 실험을 수행하였다. 우주방사선 차폐 해석을 수행하였으며 실험과 오차를 분석하였다. 초고밀도 폴리에틸렌이 적용된 제안된 우주구조물은 기존의 우주구조물보다 우주방사선 차폐와 초고속 충돌에 더 좋은 성능을 보였다. 고온에서 초고밀도 폴리에틸렌의 충돌성능 감소를 확인하였다. 충돌 속도가 증가할수록 온도에 의한 충돌성능 감소효과가 줄어드는 것을 확인했다. 평직 섬유의 기공은 양성자 차폐 성능을 감소시키지만, 전자 차폐에서는 무관한 것을 확인하였다. Outgassing 실험에서 초고밀도 폴리에틸렌은 기존 우주구조물에 사용되는 케블라보다 더 좋은 성능을 갖는 것을 확인했다.
Advisors
김천곤researcherKim, Chun-Gonresearcher
Description
한국과학기술원 :항공우주공학과,
Publisher
한국과학기술원
Issue Date
2019
Identifier
325007
Language
kor
Description

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 항공우주공학과, 2019.2,[vi, 89 p. :]

Keywords

우주방사선▼a양성자▼a중핵이온▼a전자▼a초고밀도 폴리에틸렌▼a초고속 충돌▼a우주 파편▼a우주쓰레기▼a우주구조물▼a양성자 가속기▼a전자 가속기▼a2단 경 가스건▼a아웃 개싱▼a케블라▼a국제우주정거장▼a휘플실드▼aSRIM/TRIM▼a몬테 카를로 시뮬레이션; Space radiation▼acosmic radiation▼aproton▼aelectron▼aheavy ion▼aultra-high-molecular-weight polyetgylene▼aUHMWPE▼a2stage light gas gun▼aM/OD▼aspace debris▼aspace junk▼aspace structure▼ainternational space station▼aISS▼aproton accelerator▼aelectron accelerator▼aoutgassing▼akevlar▼awhipple shield▼aSRIM/TRIM▼amonte carlo simulation

URI
http://hdl.handle.net/10203/267279
Link
http://library.kaist.ac.kr/search/detail/view.do?bibCtrlNo=843800&flag=dissertation
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AE-Theses_Master(석사논문)
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