우주 추진을 위한 Lab-on-PCB: 마이크로 위성 추력기의 새로운 제조 공정

Abstract

반도체의 소형화로 인해 위성 소형화 기술이 빠르게 발전 중이며 이에 따라 소형 위성 산업 역시 동반 성장 중에 있다. 그러나 소형 위성에 최적화된 제어 하드웨어인 위성 추력기 기술은 충분히 성숙하지 못하였다. 이를 극복하고자 여러 유형으로 파생된 소형 위성 추력기가 연구 중에 있으며, 고체 추진제 기반 마이크로 추력기가 경량화, 최적화, 점화 신뢰성 측면에 있어서 상용화에 가장 적합할 것으로 보인다. 그러나 지금까지 개발되어 온 MEMS 기술 기반 추력기들은 대면적화 및 대량 생산에 불리하여 상용화까지 넘어야 할 산이 많을 것으로 보인다. 이 연구에서는 Lab-on-PCB 컨셉을 적용하여 3 × 3 개의 추력 요소를 가지는 고체 추진제 기반 마이크로 추력기를 제작하는 새로운 공정을 제시하였다. 핵심 부품인 PCB 연소실 층은 고체 추진제와 마이크로 점화기가 탑재되기 용이하게 특수설계 되었다. 고체 추진제는 실크 스크린 방식으로 PCB 연소실 층에 충진되며, 마이크로 점화기는 바 코팅 기법으로 고체 추진제 위에 도포된다. 마이크로 점화기의 양단은 PCB 에 패터닝 된 전극위에 위치하여 추력기의 온-보드화를 통해 전기적으로 제어한다. 상기 두 공정은 대면적화 및 대량 생산에도 적용 가능성이 높다. PCB 에 일체화 된 연소실과 마이크로 점화기는 우리가 아는 한 화학 추진제 기반 마이크로 위성추력기에 대한 연구 중 최초로 보고된 것이다. 완성된 추력기는 여러 회의 연소실험을 통해 점화 및 추진 성능이 확인되었다.