우주 산업

누구도 가보지 못한 곳...

공간 시뮬레이션

이 유명한 문구는 방대한 공간 확장과 그 안에 있는 흥미로운 대상을 지칭합니다.

Leybold는 광범위한 진공 기술을 통해 이러한 대상을 탐구합니다. 진공 펌프는 우주 탐사용 장비를 테스트하기 위해 공간 상태 시뮬레이션에 필요합니다.

심우주는 망원경을 이용해 조사해야 합니다. 이렇게 하려면 광학 망원경의 대형 거울을 코팅해야 하며, 진공 펌프 시스템을 반드시 사용해야 합니다.

깨끗한 환경 속에서 합리적인 시간 안에 대형 진공 챔버를 배출하는 유일한 방법은 극저온 펌프를 사용하는 것입니다. 1850년부터 진공 기술을 사용했고 저온학도 다년 간 연구해 온 Leybold는 수십 년 동안 공간 시뮬레이션 및 거울 코팅용 대용량 진공 챔버를 보유하고 있습니다. 펌프는 이러한 용도 뿐만 아니라 게이지, 누출 감지기 및 피팅용으로도 제공됩니다.

공간 시뮬레이션 시스템

공간 시뮬레이션 챔버는 우주선이 우주에서 경험하는 환경 상태를 재현하는 데 사용하는 시스템입니다. 우주선에서 사용하는 부품과 재료의 품질을 확인하는 역할도 합니다. 공간 시뮬레이션 챔버는 시스템 동작을 분석하고, 열 균형을 평가하고, 기능을 검증하여 임무 성공 및 생존 가능성을 보장할 수 있습니다.

임무 중에 우주 장비가 고장 난다면 이를 수리하기란 거의 불가능합니다.
이러한 장애는 천문학적인 비용을 유발하므로, 우주 장비 제조사는 지구에서 자사 제품을 시험하기 위해 많은 노력을 기울입니다.

우주 여행, 과학용 및 상용 위성, ESA의 Rosetta 임무 또는 NASA의 화성 탐사 로봇에 이르는 기회가 성공하려면 모든 관련 재료, 부품 및 장치가 고진공 및 초고진공 상태에서 성공적으로 테스트되어야 합니다. 공간 시뮬레이션 챔버는 크기가 다양하여 소형 PCB 보드를 테스트할 때는 몇 리터 수준이지만, 완전한 우주선의 공간 호환성을 검증할 때는 수천 입방미터에 달합니다. 하지만 대부분의 지구 공간 관측에서도 망원경의 거울 코팅 같은 진공 작업이 필요합니다. 우주 공간에서의 극단적인 온도 범위는 대부분 -200°C ~ +150°C입니다

우주 임무를 위한 모든 제품은 이러한 조건을 견딜 수 있어야 합니다. 공간 시뮬레이션 챔버에는 진공 펌프와 공기 흐름판이 장착되어 있어 주변 환경의 열이 테스트 장비에 도달하지 않게 합니다.

챔버 내부의 전기 히터는 공간에서의 온도 조건을 시뮬레이션합니다. 진공 장비는 그에 따른 열 방사선을 견딜 수 있어야 합니다. 이러한 영향에 대한 높은 저항력은 시판 제품 중 열 안정성이 가장 뛰어난 극저온 펌프로 구성된 COOLVAC 시리즈에서 제공합니다.

진공 시스템에 필요한 펌핑 속도는 챔버 크기, 탈착 속도나 사용하는 재료 같은 몇 다양한 매개변수에 의해 결정됩니다.

또한 도달 가능한 최종 압력을 제한하는 총 누출 속도는 씰링이 정의합니다. 프로세스 가스를 사용할 때는 바람직한 작동 압력이 대단히 중요합니다. 이러한 요건에 따라 Leybold는 극저온 펌프, 터보 분자 펌프 및 대응하는 전방 진공 펌프로 구성된 적절한 진공 시스템을 구성합니다.

이온 쓰러스터 테스트에 최적화된 솔루션

오늘날 전기 추진은 우주의 고진공이 들어오는 대기 밖 공간으로 우주선을 보내기 위한 핵심 요소입니다.

화학 추진 시스템과 비교할 때 전기 추진은 쓰러스터 소재가 고온을 견디지 않아도 된다는 장점이 있습니다.
전기 추진은 이온화된 입자를 사용하는 데, 대부분 크세논이며 전기장을 이용해 가속합니다. 크세논은 모든 안정적인 비활성 기체 중에서 질량이 가장 높습니다. 따라서 입자당 추진력도 상당히 강합니다. 첨단 크세논 쓰러스터는 초당 0.1 ~ 10mg의 가스 유량을 방출합니다.

쓰러스터 테스트 챔버에서 이 유량에서 높은 진공 압력을 유지하려면 상당한 펌핑 속도가 필요하며, 크세논의 경우에는 대부분 10,000~100,000l/s입니다. 무거운 질량은 추진력에는 도움이 되지만 진공 펌프에는 어려움을 제기합니다.

Leybold는 크세논 펌핑에 최적화된 단순한 극저온 솔루션을 개발합니다.

COOLPOWER 콜드헤드는 금속 디스크를 초저온으로 냉각하여 이 극저온 패널에 대한 고체 크세논을 얼립니다.

이 솔루션은 크세논에 대한 10,000l/s 이상의 공칭 펌프 속도를 제공합니다. 쓰러스터 테스트를 진행하기 전에 일반적으로 터보 분자 펌프와 건식 전진 진공 펌프를 이용해 고진공을 공급합니다. 쓰러스터 테스트 과정에서 외부 누출 등을 통해 들어온 가스를 제거합니다. 이러한 가스는 극저온 패널로는 제거할 수 없는 데, 크세논 가스 펌핑에 최적화된 온도이기 때문입니다.