우주 시뮬레이션 및 연구조사를 위한 진공

라디오 주파수 이온 스러스터, 홀 효과 스러스터 등 이온 엔진과 기타 플라즈마 기반 추진체 시스템에 대한 검사에는 배경 압력과 추진제 분압이 충분히 낮게 유지되어 시설이 유발하는 배기 팽창 및 빔 특성의 변화를 피할 수 있을 정도의 진공 환경이 필요합니다.

스러스터 유형 및 추진제 유량에 따라 작동 압력은 일반적으로 10^-7 hPa(mbar) 영역에서 몇 10^-5 hPa(mbar)에 이릅니다.

전기 추진체에는 일반적으로 크세논 또는 크립톤과 같은 비활성 추진 가스를 사용하는데, 높은 분자량과 체적 유량이 진공 시스템에 상당한 부담을 줍니다.

Pfeiffer는 실험실 셋업에 적합한 컴팩트터보 진공 펌프 기계부터 풀스케일 스러스터 검사에 적합한 고처리량 시스템에 이르기까지 다양한 규모의 펌프 개념을 갖추고 있습니다. 그리고 연속적인 비활성 기체 부하에서도 안정적인 압력을 유지하도록 설계되었습니다. 통합 압력 측정 및 잔류 가스 분석(RGA)으로 작동 중 가스 조성을 지속적으로 모니터링하고 시설의 검사 엔벨로프를 검증할 수 있습니다.

로켓 엔진 등을 위한 화학 추진체 검사는 특히 점화 중에 매우 높은 가스 부하와 갑작스러운 부하 전이를 발생시킵니다. 이러한 조건에서도 안정적인 배압을 유지하려면 진공 시스템이 높은 흡입 용량을 제공하고 처리량 변화에 신속하게 반응해야 합니다.

Pfeiffer는 진공 부스터와 건식 스크류 펌프가 조합된 진공 부스터 펌프 장치로 이런 조건을 달성합니다. 이 설계는 여러 단계에 걸쳐 가스 부하를 분배하고 열 과부하를 방지하며 러프 및 중진공 범위에서 요구되는 처리량을 제공합니다.

속도 제어식 작동으로 일시적인 가스 부하에 맞춰 흡입 용량이 조정됩니다. 점화 전에 예상되는 부하 프로파일을 재현하는 대구경 단계 부하 검사를 통해 시스템 성능을 검증할 수 있습니다.

가연성 추진제 또는 점화원을 고려해야 하는 폭발성 환경에서는 ATEX 준수 구성을 선택할 수 있습니다.

우주를 시뮬레이션할 수 있도록 열 진공 챔버(TVAC) 내에 진공 조건 및 정의된 온도 환경이 생성됩니다.

대류 없이 열 전달이 이루어져야 하므로, 써멀 슈라우드와 같은 외부 가열 또는 냉각 개념을 통해 온도가 제어됩니다. 그러면 우주와 관련된 압력 및 온도 조건 하에서 부품의 안정성 및 성능을 검사할 수 있습니다.

이온 스러스터는 크세논과 같은 추진 가스를 이온화하고 전기 또는 자기장을 사용하여 이온을 가속화합니다. 그 결과, 이온 빔이 낮지만 지속적인 추진력을 생성하고, 위성 포지셔닝 및 심우주 임무 등에 적합한 장기간의 효율적인 추진을 가능하게 합니다.

우주 추진체는 뉴턴의 제3법칙, 질량을 한 방향으로 작용하면 반대 방향으로 반작용이 가해진다는 법칙에 기반합니다.

화학 엔진은 뜨거운 배기 가스를 분출하고, 전기 추진체는 대전된 입자를 가속합니다. 공기가 없더라도 질량이 분출되면 우주선의 움직임을 생성하는 반작용이 가해집니다.

압력 요건은 응용 분야에 따라 다릅니다. 대다수의 열 진공 및 자재 검사는 중진공 범위로 충분하지만, 전기 추진체 검사는 이온 빔 왜곡과 원치 않는 추진제 입자 및 시설 간의 상호작용을 방지하기 위해 초고진공(UHV)이 요구됩니다.

우주 진공 검사에 사용되는 소재는 낮은 탈기율, 열 순환 시에도 안정적인 기계적 거동, 깨끗하고 진공에 변형되지 않는 표면이라는 특성을 갖춰야 합니다.

스테인리스강은 본질적으로 탈기율이 낮아, 진공 챔버 및 내부 부품의 표준 소재입니다. 챔버 및 부품의 스테인리스강 표면은 보통 유리 비드 블래스트, 그라인딩, 밀링 또는 전기 연마 처리됩니다. 적절한 세척 및 누설 방지 조립이 필수적이며, 때론 열 베이크아웃을 적용해 표면 관련 가스 부하를 추가적으로 줄이기도 합니다.

엘라스토머 씰은 잔류 가스의 주요인입니다. 또한, 시험 중인 장치 내의 폴리머 , 페인트, 접착제, 전기 부품 등의 소재가 전체적인 탈기 거동에 큰 영향을 끼치기도 합니다. 따라서, 이러한 물질은 NASA 및 ECSS 물질 검사 표준에 정의된 총 질량 손실(TML) 및 수집된 휘발성 응축성 물질(CVCM) 등 표준화된 선별 파라미터를 사용하여 평가됩니다.

진공 베이크아웃은 진공 상태에서 부품을 가열하여 흡착된 물과 휘발성 화합물을 제거하는 것입니다. 그러면 광학 장치, 디텍터, 추진체 하드웨어의 오염 위험을 줄이고 후속 검사에서 안정적인 압력을 달성할 수 있습니다.

베이크아웃은 자재 선별 및 검증 공정에서 흔히 거치는 단계입니다.

오염 물질은 진공 상태에서 쉽게 이동하거나 차가운 표면에 응축되어 광학 코팅, 디텍터 성능, 열 제어 표면에 영향을 끼칩니다.

깨끗한 표면, 저탈기 자재, 제어된 진공이라는 조건이 갖춰져야 검사 결과가 우주 속에서의 거동을 정확히 반영할 수 있습니다.

이온 스러스터 검사에 일반적으로 필요한 진공 레벨은 10^-7 hPa(mbar)에서 최대 몇 10^-5 hPa(mbar) 정도이며, 추진제 유량 및 스러스터 유형에 따라 달라집니다.

크세논 또는 크립톤 배기를 제거하고 안정적인 배경 압력을 유지하려면 진공 시스템이 높은 흡입 용량을 제공해야 합니다. 잔류 가스 분석을 사용하면 스러스터 작동 중 가스 조성을 모니터링할 수 있습니다.

검사마다 요건이 고유합니다. Pfeiffer는 특정 임무 프로파일에 맞춤화된 맞춤형 열 진공 챔버 및 통합 진공 펌프 기계를 설계 및 제작합니다.

목표가 이온 스러스터 플럼 분석이든, 소재 탈기 연구 또는 망원경 거울면 코팅이든, 당사의 엔지니어가 시스템 설계 및 계산부터 설치, 교정 및 서비스에 이르기까지 포괄적인 지원을 제공해드립니다.

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Pfeiffer는 130년 이상의 진공 엔지니어링 경험과 항공우주 및 연구 환경에 대한 깊은 응용 지식을 모두 갖추고 있습니다. 컴팩트한 대학교용 검사 장비부터 대규모 추진 시설에 이르기까지, 진공 챔버, 펌프, 게이지, 분석 도구 등 완전한 시스템을 공급함으로써 안정적이고 오염이 없으며 반복 가능한 검사 조건을 만드는 데 일조해 왔습니다.

글로벌 서비스 네트워크를 갖추고 유수의 연구 기관과 긴밀하게 협력하는 Pfeiffer는 지상에서 우주 조건을 재현하는 데 있어 신뢰할 수 있는 파트너입니다.

전기 로켓은 전력을 사용하여 크세논과 같은 추진 가스를 이온화하고 가속하는 추진체 시스템입니다. 고진공 또는 초고진공 조건에서 낮지만 지속적인 추진력을 발생시킵니다.

화학 로켓은 추진제를 연소시켜 추진력을 생성함으로써 고온의 배기 가스와 높은 질량 유량을 만들어 냅니다. 그래서 점화 중에 큰 가스 부하와 빠른 과도 현상을 처리할 수 있는 진공 시스템이 필요합니다.

Pfeiffer는 130년 이상의 진공 엔지니어링 경험과 항공우주 및 연구 환경에 대한 깊은 응용 지식을 모두 갖추고 있습니다. 컴팩트한 대학교용 검사 장비부터 대규모 추진 시설에 이르기까지, 진공 챔버, 펌프, 게이지, 분석 도구 등 완전한 시스템을 공급함으로써 안정적이고 오염이 없으며 반복 가능한 검사 조건을 만드는 데 일조해 왔습니다.

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