2008년 12월 11일
인공위성을 오븐에 넣고 구워보자!
제목을 보고 ‘뭔소리야?’라는 생각에 클릭하신 분들께 일단 사죄말씀 드린다.
사실… 좀 낚시성이짙은 제목이니까 ( --)a
하지만 제목이 재미있어야 내용도 볼 마음이 생기는 것 아니겠는가?
정확히 말하자면, 실제로인공위성을 오븐에 넣고 돌려보자는 얘기는 아니다.
내가 이번에 쓰고자 하는 것은 인공위성이라면 피할 수 없는‘열진공시험’에 관한 것이니까.
일전에도 얘기한 바 있듯이 인공위성은 우주에서 극한의 환경에 노출되게 된다.
아무리 잘 만들어서 올라가도 궤도를 돌다가 갑작스레 픽픽쓰러져 나가는 인공위성도
이러한 상황에서 돈과 시간을 쏟아 부어 만든 인공위성을 그녀석이 살지 못 살지도 모르는
우주 한 복판에 ‘이제알아서 살아봐’하면서 휙 던져버린다면 인공위성에게 너무 가혹하지 않은가?
눈 앞에 있는 지뢰밭을 맨몸으로 뚫고 나가라는 명령을 받은군인이랑 별 다를 것도 없다.
적어도 지뢰밭을 통과하려면 군인에게 지뢰를 피해갈 수 있는장비나 능력이 있는지
확인해 보고 나서 임무를 주는 것이 올바른 선택일 것이다.
즉, 인공위성도가혹한 우주 환경에서 살아남을 능력이 있는지 검증을 할 필요가 있다는 것이다.
사실 잘 만들어진 관측위성의 경우, 수 천억이 투입되는 일이 다반사이니
돈을 낭비하지 않기 위해서라도 인공위성이 우주에서 살아남을수 있는지 확인해야 한다.
그러한 확인 방법 중, 우주의열환경에 대한 검증 방법이 바로 ‘열진공 시험’이다.
열진공 시험은 말 그대로 우주 환경의 ‘열’과 ‘진공’에 인공위성이 견뎌내고
원하는 성능을 발휘하는 지를 검사하는 시험이라 할 수 있다.
열진공 시험을 하기 위해서는 열진공 챔버라는 특수한 장비가필요한데
이 장비는 인공위성이 들어갈 만한 크기의 용기와 그 내부공기를 빨아내는 진공 펌프,
그리고 내부의 온도를 조절할 수 있는 온도 조절 및 모니터링시스템으로 이루어진다.

시험을 받아야 할 인공위성이 챔버에 설치되면 먼저 챔버 내부를진공으로 만든다.
이 과정은 짧으면 1~2시간정도에 완료할 수 있지만, 여러 가지 요인으로
챔버 내부의 진공이 잡히지 않으면 수 시간을 훌쩍 넘겨버릴수 있다.
일단 챔버 내부의 압력이 기준치 이하로 떨어져서 진공이라간주할 수 있게 되면
이 이후부터는 챔버 내부의 온도를 궤도 환경에 따라 조절하게된다.
즉, 인공위성이태양빛을 받을 때에는 챔버 내부 벽의 온도를 필요한 만큼 높여주어
인공위성을 가열하고, 지구그림자에 들어가 태양빛이 없을 때에는
챔버 내부 벽의 온도를 또 필요한 만큼 낮추어 인공위성을냉각시킨다.
온도만 달랐지 오븐에 넣고 굽는 거랑 비슷하다고 생각하면된다. 그래서 이 포스트의 제목이 저 모양인 것이다;
그 온도 범위는 인공위성에 따라 다르며, 넓으면 약 -100℃ ~ 100℃좁으면 -40℃ ~ 70℃ 정도이다.
이 온도 범위는 인공위성에 대한 궤도 열해석 결과를 바탕으로정해지며 시험의 수준에 따라서도 약간씩 변화하게 된다.
보통 이러한 고온과 저온 사이의 변화를 번갈아 가며 주기적으로 4 사이클에서 많으면 십 여 사이클까지 수행한다.

<열진공 시험 온도 프로파일>
그리고 인공위성이 목표로 한 온도에 도달 하였을 때에 2~5시간 정도 그 온도를 유지하고
그 시간 동안 인공위성의 각 기능을 작동시켜 그 성능을 평가한다.
이 시험을 무사히 끝마친 인공위성은 우주에서도 살아남을 수있다는 인증을 받게 되며
# by | 2008/12/11 09:49 | 우주 저 너머로 | 트랙백 | 덧글(10)





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인공위성은 우주로 나가기 위해서 특훈을 받는다는...
수 년 이상이 걸리지요. ^^;
시험을 할 때, 가열하고 냉각시키는 과정만 4~5시간 넘게 걸리기도 한답니다 ^^;
사실 진공과 온도/열이라는 개념 자체는 같이 생각하기 참 어려운 개념이지요.
열은 보통 분자의 운동에너지에 의해 정의가 되는데, 물리적으로 온도는 열과 엔트로피의 관계의 conjugate variable일 뿐이구요, 하여간 엔트로피나 열이나 둘다 어떤 운동에너지를 가지는 입자들이 통계적인 의미를 가질 수 있을 만큼의 앙상블이 형성되지 않으면 생각하기 어려운 면이 있습니다.
결국 이 글에서 진공은 아주 진공이 아닌거 같습니다만, (몇 mtorr쯤일 거 같네요) 그저 '열진공'이라는 말이 굉장이 어색하게 들려서 답글 남깁니다.
그리고.. 네, 말씀하신 대로 시험시에는 완전한 진공은 아닙니다. 보통 0.0001 torr까지 맞추지요. 시험 장비로 완전한 진공을 맞추는 것은 비용과 시간이 너무 들고 경험적으로 0.0001 torr의 진공이 인공위성 열 기능 검증에 충분한 정도이니까요.
한때는 저도 10^-7torr까지 뽑아서 4K까지 냉각한다음 안에서 금 녹이는 실험;;;을 하곤 했었는데. 정말 인내력이 좋아야 하는 거 같습니다.
흠... 저는 상상하고 싶지 않네요 ^^;; 열진공 시험하는 것도 힘들어 죽는 줄 알았는데;;