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우주환경 모사용 진공설비(Vacuum Chamber)
+ 진공 설비의 필요성
우주 환경은 고진공 환경과 고온 및 극저온이 반복되는 가혹한 환경으로 이러한 우주공간에서 작동하는 인공 위성이나 우주선은 주요 부품의 작동 불능 현상이 발생할 수 있고 이는 곧 임무의 실패로 이어질 수 있는 위험성이 존재한다. 따라서 이러한 전자 장비 및 각종 주요 부품의 작동 상태를 진공 상태를 이용하여 시험하는 과정이 반드시 필요하다. 이러한 진공 상태에서의 테스트를 위해서는 고고도 우주 환경을 모사해 줄 수 있는
우주환경모사 설비를 필요로 한다.
+ 국내 진공설비 보유 현황
국내에서는 한국항공우주연구원, (주)한화, 한국항공우주산업, 인공위성연구소(SaTRec) 등 주로 우주분야와 관련된 연구소 및 업체에서 진공 설비를 구축하고 있다. 국내 대학들 중에서는 일부 소규모의 진공 설비를 갖추고 있는 곳도 있으나 실질적인 부품이나 전자장비의 시험이 가능한 용량의 설비는 유일하게 충남대학교에서 갖추고 있다.
+ 충남대학교 진공 설비 보유 현황
충남대학교에서는 고고도 모사용 대형 진공 챔버와 저고도 모사용 소형 진공 챔버 두 가지를 보유하고 있다. 각 챔버는 D-sub 25 Pin과 가공 가능한 피드스루 플레이트를 포함하여 다양한 입출력 포트를 지원한다.
1. 고고도 모사용 대형 진공 챔버
대형 챔버의 설비 현황은 위와 같다. 진공 용기는 외경 1200 mm, 길이 1800 mm의 실린더 형상을 갖추고 있으며 그외 설비로는 저진공 펌프인 로터리 펌프와 고진공 펌프인 터보분자 펌프를 갖추고 있다. 기존에 사용하던 확산 펌프를 제거하고 터보 펌프를 사용하였으며, 수동 조작과 통신 케이블을 이용해 컴퓨터와도 통신 제어가 가능한 PLC를 제작하여 운용중인 상태이다. 펌프의 제원은 아래와 같다.
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장비명
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규 격
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저진공펌프
(Rotary Pump)
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- 모델명 : E2M275
- 제작사 : Edwards
- 배기속도 : 4876 liter/min
- 도달압력 : < 3.8x10-3 torr
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고진공펌프
(Turbo Pump)
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- 모델명 : TURBOVAC 1000
- 제작사 : leybold
- 회전속도 : 36,000 rpm
- 배기속도 : 850 liter/sec
- 최대 도달 압력 : < 1x10-10 mbar
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현재는 터보 펌프가 장착되어 있는 상태로 1.0x10-2 torr까지 도달하는데 약 20분 정도가 소요되며 이후 터보 펌프를 작동시키면 30초 이내에 1.0x10-4 torr에 도달하는 것을 확인하였다. 현재 예상되는 작동 진공도는 약 1.0x10-5 torr로 예상되며(고진공 게이지의 오류로 고진공 측정 불가) 이후 지속적인 설비를 확충해 나감으로써 10-6 torr 급의 진공도를 만드는 것이 목표이다.
2. 저고도 모사용 소형 진공 챔버
충남대학교에서는 항공/우주용 리튬 이온 배터리의 우주 환경 시험을 진행하기 위해 소형 진공 챔버는 추가 구축하였다. 구축 된 저고도 모사용 소형 챔버는 외경 550 mm, 길이 600mm의 실린더 형상을 갖추고 있으며 로터리 펌프를 활용하여 고도 75 km 인 1.0x10-2torr까지 감압이 가능하다. 1.0x10-2 torr 도달 속도는 1시간 이내에 도달 가능하다. 펌프의 제원은 아래와 같다.
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장비명
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규 격
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저진공펌프
(Rotary Pump)
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모델명 : MVP-12
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제작사 : WOOSUNG
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배기속도 : 200 liter/min
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도달압력 : < 5x10-3 torr
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현재 피드스루 가공을 통하여 배터리 충방전기 및 온도 측정 센서가 소형 챔버에 연결되어 있으며 이를 통해 배터리의 전압, 용량, 에너지 및 온도 등을 실시간으로 확인하고 있다. 또한 리튬이온배터리 외 연료 전지 등 다양항 항공/우주용 배터리 및 전장품의 저고도 모사 환경 시험에 활용 가능하다.
+ 향후 진공 설비 활용 방안
앞서 언급하였던 바와 같이 진공 설비는 우주 개발 분야에 있어 반드시 필요한 진공 상태에의 작동 테스트 기능을 수행하기 위한 필수적 설비이다. 그러나 이와 같은 진공 설비는 유지 보수가 까다롭고 장비의 운용에 있어서 전문적인 조작을 요하기 때문에, 진공 설비를 운용하는 곳은 그리 많지 않은 실정이다. 그러한 의미에서 충남대학교 내 진공 설비는 향후 진공 상태에서 벌어질 수 있는 다양한 현상들에 대한 기초실험을 하는데
있어 활용도가 매우 높을 것으로 파악되며, 특히 향후 열 진공챔버로의 공사가 마무리 된다면 한층 더 활용도가 높을 것으로 생각된다.
+ 진공 설비 관련 문의
HPCL 연구실 진공챔버 담당자 : 042) 821-7771
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