홀추력기 Xe+ 이온 속도분포 진단을 위한 레이저유도형광 (LIF) 분광 시스템 개발 및 빔 특성 연구

Abstract

홀추력기는 전기추력기의 일종으로, 구조가 비교적 간단하고 높은 전력효율과 추력밀도를 가져 전세계적으로 연구개발이 활발히 수행되고 있다. 홀추력기는 전기장을 사용해 이온을 축방향으로 분출함으로써 추력을 얻기 때문에 이온의 속도는 추력을 추산하는 지표가 될 수 있다. 따라서 홀추력기d,; 성능 및 이온빔의 물리적 특성을 분석하기 위해서는 이온빔 진단이 필수적이다. 본 연구에서는, 홀추력기의 추진제로 사용되는 제논의 1가 이온의 속도분포 진단을 위한 레이저유도형광 (LIF) 분광 시스템을 개발하였다. 50 mm의 채널 직경을 갖는 고리형 추력기와 원통형 추력기를 사용했으며 양극전압 200 V, 양극유량 8 sccm 조전으로 방전을 수행하였다. 고리형 추력기는 출구면에서 40 mm에서 14.3 km/s로 XeⅡ 최빈속도가 포화됐으며, 원통형 추력기는 최빈속도의 증가가 60 mm에 이르러 14.3 km/s가 되는 것이 확인되었다. 더불어 원통형 추력기의 속도분포에서 비대칭성이 뚜렷하게 확인됐으며, 4 sccm과 10 sccm의 조건을 비교한 결과 10 sccm에서 비대칭성이 더욱 돋보이는 것이 확인되었다. 본 연구를 통해 개발한 진단시스템은 XeⅡ 분사 속도를 측정할 뿐 아니라 플라즈마 내 이온의 가속 메커니즘을 밝힐 수 있어 홀추력기 연구개발에 귀중한 자료가 될 것으로 보인다. 본 발표에서는 레이저유도형광 시스템의 개발을 통한 고리형 및 원통형 추력기의 분사 특성에 대한 상세연구결과가 발표될 예정이다.