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진공 챔버 내 저온 환경 모사를 위한 스테인리스 스틸 튜브-구리 플레이트 타입 열 쉬라우드 제작 및 테스트
정태일(Taeil Chung),강상백(Sangbaek Kang),유용호(Yongho Yoo),신휴성(Hyu-Soung Shin) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集B Vol.45 No.1
진공 챔버 내부의 저온 환경 구현을 위한 쉬라우드는 다양한 재질과 형태로 제작될 수 있다. 두 개의 플레이트를 접합하여 내부에 냉각물질을 채우는 방식의 쉬라우드는 냉각 효율이 좋지만, 큰 사이즈로 제작하기에는 제작 난이도가 높고 비용도 높다. 본 연구에서는 스테인리스 스틸 튜브와 구리 플레이트를 접합한 형태의 쉬라우드를 제안하였으며 이는 제작이 쉽고 열 전도성이 우수한 장점이 있다. 제안된 쉬라우드의 제작성과 냉각성능을 확인하기 위해 샘플 쉬라우드를 제작하여 소형 진공 챔버에서 냉각 테스트를 수행하였다. 냉각 테스트 결과 목표성능인 쉬라우드의 표면온도 -190°C, 온도 균일도 10°C 이내 조건을 만족하였으며, 열 사이클링 테스트와 누설 테스트를 통해 쉬라우드의 제작 안정성을 확인하였다. 이를 통해 제안된 형태의 대형 쉬라우드 제작에 대한 적합성을 확보하였다. Thermal shrouds used for cryogenic temperature generation in a vacuum chamber can be manufactured using various materials and shapes. A shroud, which consists of two connected plates and a filling cooling material between the plates, has good cooling efficiency. However, it is difficult to manufacture large size shrouds, and high costs are required. In this study, a thermal shroud consisting of a stainless-steel tube and a copper plate was developed, and the shroud was simple to manufacture and exhibited high thermal conductivity. A sample shroud was manufactured, and cooling tests were performed in a small vacuum chamber to evaluate the fabrication and cooling performance of the developed thermal shroud. From the cooling test results, the shroud satisfied target performance, which was a surface temperature of -190°C and a temperature uniformity within 10°C, and the shroud fabrication was confirmed through thermal cycling tests and leak tests. This study verifies the suitability of applying the proposed shroud type to large size shrouds.
정태일(Taeil Chung) 한국진공학회 2018 진공 이야기 Vol.5 No.3
Nowadays, many space agencies have interested in surface mission and In-Situ Resource Utilization(ISRU) technology. A thermal vacuum chamber is generally used for validation of space technology. However, ISRU technology needs to be verified in the planetary surface environment that includes regolith beds. Korea Institute of Civil engineering and building Technology(KICT) is building a lunar surface environment simulator that provides 10-4 mbar pressure with regolith bed and temperature control (-190℃-150℃). We call the facility as Dirty Thermal Vacuum Chamber(DTVC). KICT’s DTVC is being built over 3 years and will be completed in the end of 2019.
달 지상환경 모사를 위한 지반 진공화 및 달먼지 거동에 대한 실험적 연구
정태일(Chung, Taeil),안호상(Ahn, Hosang),유용호(Yoo, Yongho),신휴성(Shin, Hyu-Soung) 대한토목학회 2019 대한토목학회논문집 Vol.39 No.2
달 탐사에 필요한 모든 자원을 지구에서 이송하는 것은 천문학적인 비용이 들기 때문에 지속가능한 달 탐사를 위해서는 현지에서 필요한 자원을 조달해야 한다. 이것을 가능하게 하는 기술이 현지자원활용 기술이다. 지구에서는 개발된 현지자원활용 기술을 검증할 수 없기 때문에 기술검증을 위한 달 표면 환경 모사 시설이 요구된다. 달 표면은 대기가 없으며, 표면의 평균온도는 낮에는 107°C, 밤에는 –153°C에 달한다. 또한 달 지표는 미세하고 거친 토양으로 덮여 있으며, 태양복사와 태양풍으로 인해 정전기적으로 대전되어 있다. 본 연구는 월면토를 포함한 고진공 환경과 정전기적으로 충전된 토양 모사에 대한 내용을 다루었다. 진공챔버의 감압속도 조절 실험을 통해서 지반 교란없이 토양을 포함한 진공환경을 성공적으로 구축하였고, 달 먼지의 대전 현상 이론 고찰을 통해 달 토양 대전 환경 구현을 위한 실험 방향을 제안하였다. For sustainable lunar exploration, the most required resources should be procured on site because it takes tremendous cost to transfer the resources from the Earth to the Moon. The technologies required for use of lunar resources refers to In-Situ Resource Utilization (ISRU). As the ISRU technology cannot be verified in the Earth, a lunar surface environment simulator is necessary to be prepared in advance. The Moon has no atmosphere, and the average temperature of the lunar surface reaches to 107 ℃ during the daytime and –153 ℃ at night. The lunar surface is also covered with very fine soils with sharp particles that are electrostatically charged by solar radiation and solar wind. In this research, generation of vacuum environment with lunar soil mass in a chamber and simulation of electrostatically charged soils are taken into consideration. It was successful to make a vacuum environment of a chamber including lunar soils without soil disturbance by controlling evacuation rate of a vacuum chamber. And an experiment procedure for simulating the charged lunar soil was suggested by theoretical consideration in charging phenomena on lunar dust.