진공 기술을 이용한 지구에서의 우주 연구
인공위성을 우주로 발사하거나 우주 탐사 임무가 시작되기 전에는 수많은 테스트를 거 쳐야 합니다. 이러한 테스트는 우주에서 기능이 적절하게 작용할지 여부를 확인해서 이 를 보장하기 위해 설계되었으며, 진공 기술을 이용해서 지구에서만 진행할 수 있습니 다. 우주 연구는 1960년대부터 유스투스 리비히 기센 대학교에서 진행되었으며 파이퍼 베큠의 진공 장비는 연구 초기부터 이 과정의 일부를 담당했습니다. 오늘날 여러 산업 파트너와 우주 기관은 JLU의 실험 물리학 I 연구소 전무 이사인 피터 J. 클라르(Peter J. Klar) 교수의 연구 그룹에서 우주와 동일한 조건 하에 자신들의 엔진을 테스트하고 있습 니다.
이온 추력기: 요술쟁이의 마술 상자에서 구현 기술로 발전하다
업계는 "뉴 스페이스(New Space)" 이전에는 전기 우주 추진 시 스템을 언젠가는 과학적 임무에 사용하게 될 요술쟁이의 마술 상 자로 간주했습니다. 따라서 이 분야는 대학 연구에 맡겨졌고, 업 계는 어느 정도의 재정적인 뒷받침을 해왔습니다. 오늘날 전기 우주 추진 시스템은 순전히 화학적인 추진 시스템과는 완전히 다 른 임무를 우주에서 수행할 수 있기 때문에 "게임 체인저"로 받아들여집 니다.
실험 물리학 I 연구소(Institute of Experimental Physics I)에는 물질 연구와 우주 물리학에 필요한 대규 모 실험 시설이 다수 있습니다. 이러 한 시설에는 작동 중에 이온 추력기 를 연구할 수 있는 대형 진공실도 포함됩니다. 이것을 우주 시뮬 레이션 시설이라고 합니다. 챔버에 진공이 생성되고 추력기가 챔 버 내부에서 테스트되고 측정됩니다. 피터 J. 클라르 교수는 다음 과 같이 설명합니다. “전통적으로 전기 추진 그룹은 전기 우주 추 진 시스템, 특히 기센에 기반을 둔 물리학자인 호르스트 룁(Horst Löb) 박사가 발명한 RIT(무선 주파수 이온 추력기) 개발에 집중 하고 있습니다.
전기 우주 추진 시스템에는 다양한 유형이 있습니다. 1960년대 에 룁 교수가 개발한 RIT 추력기에는 기체 추진제로부터 플라즈 마가 점화되는 반구형 방전 챔버가 있습니다. 배출 챔버의 개방 된 면은 그리드 시스템에 의해 우주로부터 분리됩니다. 추력기가 작동되는 동안 충전된 추진제 이온은 그리드와 그리드 사이에 가 해지는 전기장에 의해 플라즈마 바깥으로 가속되어 추력기로부 터 멀어지게 되고, 따라서 반동 원리에 따라 추력이 만들어집니 다. 우주선이 전하 상태가 되지 못하도 록 막으려면 양전하된 이온 플룸을 전 자로 중화시켜야 합니다. 초창기에는 수은 증기가 추진제로 사용되었지만 오 늘날은 비활성 기체인 크세논이 주로 사용되고 있습니다. 그러나 이 기체는 희귀한 자원이기 때문에 대안을 적극적 으로 모색하는 중입니다.”
무선 주파수(또는 고주파) 이온 추력기의 기본 원리.
새로운 테스트 시설 개발에 주력합니다
기 위해 노력하고 있습니다. “기술의 상용화로 대학 연구진의 과 업도 변화하고 있습니다. 우리는 ISO 9000 인증을 받은 추력기 를 대량으로 만들 수 없으며 만들기를 원하지도 않습니다. 이것 이 바로 우리가 진공 기술도 도입되는 새로운 테스트 시설 개발 에 주력하고 있는 이유입니다.”라고 클라르 교수는 말합니다. “우 리는 추력기 진단 성능 향상이나 초소형 인공위성에 사용할 새로 운 유형의 소형 추력기를 위한 컨셉트 개발에도 초점을 맞추고 있습니다. 우리는 마이크로 구조 방식과 나노 구조 방식을 사용 하여 이러한 추력기를 제작하고 있습니다.”
특히 JLU는 현재 독일에서 유일한 새로운 테스트 장비를 설치해 서 전기 우주 추진 시스템의 EMC(전자가 적합성)에 대한 조사를 진행하고 있습니다. 이때 작동 중에 추력기에서 방출되는 전자기 방사선이 다른 전자 장치를 방해하는지 여부를 확인하기 위한 테 스트가 수행될 것입니다. 이는 고전압 전력선을 지나서 운전할 때 자동차의 아날로그 라디오 수신 장애가 발생하는 현상과 유사 합니다. "이러한 종류의 간섭으로 인해 최악의 경우에는 인공위 성 전체가 손실될 수 있으므로 이러한 추력기로 인공위성을 작동 하려고 할 때는 이 테스트가 대단히 중요합니다."라고 클라르 교 수는 설명합니다. 추력기 작동을 테스트하기 위한 EMC 테스트 장비는 표준 전자 장치에 사용되는 장비와 완전히 다르게 설정해 야 합니다. 추력기가 작동하려면 우주와 동일한 조건, 즉 진공 상 태가 필요하므로 진공 탱크 내에서 EMC 측정을 수행하거나 진 공 탱크를 돌출시켜 차폐 EMC 측정 캐빈 안으로 넣어야 합니다.
