인공위성도 새집 봐봐요

새집으로 빨리 이사하고 싶어도 거쳐야 하는 통과의례가 있어요. 새집증후군 예방을 위한 '베이크아웃(bake-out)'인데요. 각종 단열재와 마감재, 가구 등에 숨어 있던 포름알데히드, 라돈 같은 유해성분을 단기간에 배출시키기 위해 방문과 창문 틈까지 막은 뒤 초로의 온도를 높여 집을 태워 환기시키는 과정입니다. 베이크 아웃은 첫 980년대 다음의 새집 증후군 예방법으로 널리 알려진 거예요. 인공위성이야말로 스토리에서 베이크아웃의 원조라고 할 수 있다. 인공위성도 새집 증후군을 앓고 있는 것일까 요.

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초기 인공 위성은 어떤 이유에서인지 설계 수명보다 1작 성능이 저하하거나 하는 슴니다. 100℃을 넘는 고온과 – 200℃에 이르는 저온을 겨냥한 사람 들어가극한 환경도 견딜 수 있도록 설계됐음에도 불구하고 스토리입니다. 연구자들은 뜻밖에도 부품 자체의 결함이 아니라 오염물질이 원인이라는 사실을 발견했습니다. 그들이 예기치 못한 복병은 우주의 진공상태였습니다. 좀 더 정확하게 줄거리면 물질에 포함된 기체가 진공 상태에서 배출되는 아웃 개싱(Out-Gassing), 즉 가면 기체 현상이다.인공위성의 구성품은 공기를 비롯한 수분, 각종 가스를 세세하게 포함하고 있습니다. 우리가 1상에서 사용하는 거의 모든 것 역시 이들 물질이 포함되어 있지만, 대기압에서 문제가 될 뿐입니다. 그러나 진공 상태의 우주는 기압이 지상의 10억분의 1수준에 불과하고, 인공 위성의 구성품 표면에 포함된 불순물을 모두 아직 아네어 버렸습니다. 마치 한의원에서 노란색을 띠면 압력차로 체내 노폐물이 배출되는 것과 같은 원리다. 가면 기체 현상은 특히 고온에서 더욱 활발합니다.​ 물질 중의 불순물이 빠져서 자신 올 왜 문제 1인가 같은데요. 이러한 불순물이, 장시간, 서서히 카메라의 렌즈책인 미러, 별/지구/태양 센서 표면, 방열판, 태양전지판 등, 인공위성의 성능 구현과 밀접한 것과 동시에, 오염에 민감한 표면에 부착하는 경우, 카메라와 센서는 해상도가 현저하게 떨어지고, 열제어 표면은 광학물성값(물질의 물리적 성질을 본인 나타내는 값)이 매우 본인이 부족합니다. 결미한 위성이 설계수명을 누리지 못하는 원인이 됩니다.

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그래서 찾은 답이 베이크아웃이에요. 가면 기체 현상이 예상되는 모든 소재와 탑재물을 우주와 같은 진공 고온 상태의 챔버에 넣어 이 이야기를 그대 곁으로 태워버리는 작업입니다. 새 집에 입주하기 전에 보일러를 틀어 단기간에 불순물을 뽑아내는 것과 같은 원리입니다. 새집 내부를 진공으로 만들 수 있다면 그 효과가 커질 것입니다. 베이크아웃 절차는 인공위성의 고장 위험을 예방하고 수명을 연장할 수 있다는 점에서 중요한 절차입니다.한국 항공 우주 연구원은 지름 1개.6 m, 길이 하나.8m 크기의 원통형 베이크아웃 챔버를 운용하고 있습니다. 베이크아웃 챔버는 가장 바쁘게 가동되는 장비 속의 하본인입니다. 대부분은 인공 위성의 물품의 수준에서 베이크 아웃을 하지만 큐브, 위성 이본이다'과학 위성 4호'과 함께 작은 위성은 비행 모델 단계로 조립된 전체 구조물을 통으로 굽기도 할 것입니다. 특히 인공위성을 싸고 있는 단열재 본인 케이블은 오염물질을 많이 포함할 수 있는 물품이므로 반드시 베이크아웃해야 합니다.

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쿠키를 구울 때 최적의 온도와 시각을 알아야 하듯이 인공위성도 최적의 조건을 찾아야 합니다. 먼저 챔버 내부는 진공을 형성하고 압력은 1×10-3 Pa이하로 유지한 상태에서 100℃까지 온도를 높이고 줍니다. 챔버 내부의 특정 공간에는 액체 질소로 냉각된 – 190°C, 극저온 상태의 오염 흡착 마루를 두어야 할 것이다. 베이크 아웃 중 서서히 배출되는 오염 물질은 오염 흡착 바닥에 붙게 되고 2차 오염을 피할 수 있어요. 허용 범위 내에서 챔버 내부의 압력과 오염 흡착판 온도는 낮을수록, 인공위성의 온도는 높을수록 좋습니다. 굽는 것은 약 48시간 정도입니다. 단위 시간 당 마스크 기체량이 기준치 이하로 내려갈 때까지 진행하기 때문에 조금 일찍 끝날 수도 있고, 더 오래 걸릴 수도 있습니다.베이크 아웃을 통해 배출되는 물질의 양과 종류도 알 수 있는 것입니까? 베이크아웃 중 정밀질량측정기(TQCM, Thermoelectric Quartz Crystal Microbalance)를 이용하여 배출되는 분자의 질량을 실시각에서 측정할 수 있습니다. 역시 잔류가스 분석기(RGA, Residual Gas Analyzer)로 물질의 종류까지 확인할 수 있습니다. 베이크아웃종료후에는오염흡착판에서채취한오염물질을적외선분광기등을이용하여더욱정밀하게분석하기도할것이다.과학자들은 오랜 베이크아웃 경험을 통해 인공위성 설계 단계부터 불순물 함유가 적은 재료를 선택했고 불순물로부터 인공위성 탑재체를 보호하기 위해 표면처리 기술도 높였습니다. 그러나 여전히 가격적 어려움과 대체 불가능한 소재의 한계 등에서 베이크아웃은 중요할 것이다.뜨거운 사우나에서 노폐물을 빼듯 베이크아웃하여 보다 깔끔하고 가벼워진 인공위성이 우주에서 건강한 장수를 누리십시오.기획/제작:항공우주Editor오요한자문/감수:우주환경시험부 조혁진 박사

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