주요 연구 성과

주요 연구 성과

  • 전은지 교수 연구실, 극저온 기술 기반의 입자흡입형 전기추력기를 통한 지구초저궤도 완전 항력 보상 가능성 평가
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  • 2026-03-30 19:37:02|
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지구 초저궤도(Very-Low-Earth-Orbit, 이하 VLEO)는 고도 450 km 이하의 영역으로, 기존 위성 궤도보다 현저히 낮아 관측 해상도 등 탑재체 성능을 비약적으로 향상시킬 수 있는 궤도 영역이다. 그러나 이 영역에는 희박 대기가 잔존하여 위성에 항력으로 작용하므로, 임무 수명이 크게 단축되는 한계가 있다. 이로 인해 VLEO는 위성이 장기간 실용적 임무를 수행하기 어려운 영역으로 여겨져 왔다. 최근에는 입자흡입형 전기추진(Atmosphere-breathing electric propulsion, 이하 ABEP)이 VLEO에서 효율적인 궤도 유지를 가능하게 하는 유망한 개념으로 주목받고 있다. 항공기의 공기흡입 엔진과 유사하게, ABEP는 입자흡입기(intake)를 이용하여 전방에서 유입되는 대기 유동을 포집·압축한 뒤 이를 추력 발생 장치로 공급한다. 별도의 탑재 추진제를 필요로 하지 않기 때문에, VLEO에서 임무 수명 제약을 획기적으로 완화하고 장기 운용을 가능하게 할 것으로 기대된다. 다만, ABEP 기술의 실현을 위해서는 희박 대기를 효과적으로 포집하고 압축할 수 있는 입자흡입기의 개발이 핵심 요소로 평가된다.
 
KAIST 항공우주공학과 비평형 기체 플라즈마 연구실(지도교수: 전은지)에서는 입자흡입기의 포집 및 압축 성능을 극대화할 수 있는 극저온 응축-재생 능동형 입자흡입기(Cryocondensation-Regeneration Active Intake Device, 이하 CRAID)의 설계와 운용 방식을 고안하고, 실제 VLEO 위성 탑재에 필요한 요구 사양과 궤도상 성능을 전산해석적으로 분석하였다. 희박 대기의 흡입 및 극저온 수송을 모사하기 위한 희박기체 상변이 및 열부하 해석 기법, 추력 산출을 위한 전기추력기 플라즈마 해석 기법, 항력 보상 가능성 평가를 위한 추력-항력 임펄스 비교 및 전력 균형 평가 기법 등 다학제적 분석 기법을 하나의 통합 전산 해석 프레임워크로 개발하였으며, 이를 바탕으로 CRAID의 체계 적용 가능성을 종합적으로 평가하고 완전 항력 보상을 위한 운용 절차와 비행 영역을 정량적으로 제시하였다.
 
문건웅 박사가 제1저자로 참여한 본 연구 성과는 2026년 Aerospace Science and Technology 저널에 게재되었다(Impact Factor: 5.8, JCR 분야 상위 10%).
 
논문명: Operational Feasibility Analysis of a Cryogenic Active Intake Device for Atmosphere-Breathing Electric Propulsion
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ast.2026.112138
 
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