홀 플라즈마 추력기용 할로우 캐소드의 설계 연구

Abstract

홀 플라즈마 추력기는 추력 발생을 위해 수백 eV급으로 가속된 양이온을 방출하며, 이때 양이온 방출에 따라 발사 체가 전기적으로 음성이 되기 때문에, 방출된 양이온과 같은 전하량의 전자를 방출해 전기적 평형을 유지해야 한다. 전자 방출 장치로는 할로우 캐소드가 널리 사용되는데 그 원리는 필라멘트 가열에 의해 발생한 열전자를 음극 및 양 극 간 전기장을 이용해 외부로 방출하는 것이다. 본 연구실에서는 소형 또는 마이크로 홀 플라즈마 추력기에 활용을 위한 할로우 캐소드의 개발을 목표로 방전 거동 분석을 통한 할로우 캐소드 기술의 자립화를 시도하고 있다. 본 연 구에서는 할로우 캐소드의 개발에 선행하여, 필라멘트의 가열에 의한 캐소드 내부 온도 분포를 계산하였다. 캐소드 의 방전이 시작되기 위해서는 내부의 온도가 일정 이상 올라가 열전자가 방출되어야 하는데, 외부 조건에 따른 적정 온도값을 찾기 위해 가해준 전류와 전압에 따른 온도 변화를 시뮬레이션을 통해 알아보았다. 본 발표에서는 시뮬레 이션의 결과에 대해 논할 예정이며, 향후 연구에 이를 반영해 할로우 캐소드를 설계하려 한다.