주요 연구 성과

주요 연구 성과

  • 전은지 교수 연구실, 초저궤도 원자 산소 흡착의 영향을 반영할 수 있는 새로운 기체-표면 상호작용 기법 개발
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  • 2025-01-06 15:24:03|
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지구 초저궤도는 고도 500km 이하의 영역으로, 적은 발사 비용, 높은 관측 해상도와 통신 효율이라는 이점을 가지고 있어 주목받고 있다. 그러나 초저궤도 영역은 잔존 대기로 인하여 항력이 발생하게 된다. 항력은 위성의 궤도에 영향을 미치고 결과적으로 위성의 임무 수명까지 결정하는 중요한 요소이기 때문에, 이를 정확히 예측하는 것은 위성의 임무 설계에 있어 필수적이다. 항력은 기체-표면 상호작용에 의해 결정되는데, 초저궤도 우주비행체의 경우 대기 중 높은 비율을 차지하고 있는 원자 산소로 인하여 기체-표면 상호작용이 영향을 받게 된다. 원자 산소는 높은 반응성으로 인하여 우주비행체의 표면과 충돌하였을 때 표면 화학 반응, 특히 원자 산소가 표면에 달라붙는 흡착 반응을 발생시키기 때문에 이 현상을 반영할 수 있는 새로운 기체-표면 상호작용 기법에 대한 연구가 필요한 상황이다.
 
KAIST 항공우주공학과의 비평형 기체 플라즈마 연구실(지도교수: 전은지)에서는 원자 산소 흡착의 영향을 고려할 수 있는 새로운 기체-표면 상호작용 기법인 ‘원자 산소 흡착을 고려한 적응형 기체-표면 상호작용 기법 (AO adsorption adaptive α method, AAA 기법)’를 개발하는 연구를 수행하였다. AAA 기법의 경우 입자 기반 유동 해석 방법인 몬테카를로 직접모사법 (Direct Simulation Monte Carlo, DSMC)을 활용하여 우주비행체 표면의 원자 산소 흡착량을 계산한 후, 이에 따라 기체-표면 상호작용을 결정하는 매개 변수인 에너지 적응 계수 (Energy accommodation coefficient)를 부여하여 국소적으로 흡착된 원자 산소의 영향을 기체-표면 상호작용에 반영하는 기법이다. 해당 기법은 원자 산소 흡착으로 인한 에너지 적응 계수의 변화를 높은 정확도로 예측할 수 있음이 확인되었다. 또한, 해당 기법을 사용한 전산 모사를 통해 초저궤도 우주비행체에 작용하는 항력 중 원자 산소의 흡착으로 인해 발생한 항력이 높은 비율을 차지하고 있으며, 항력 분석에 있어 원자 산소의 영향을 고려해야 할 필요성을 확인하였다.

허송현 석사과정이 제 1저자로 참여한 본 연구 성과는 항공우주분야 국제학술지 Aerospace Science and Technology (Volume 158)에 게재되었다. (IF:5.0, JCR 분야 상위 10%)

논문명: Drag Analysis Incorporating Atomic Oxygen Adsorption in Very-Low-Earth-Orbit
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ast.2024.109900




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