인공위성도 새집 좋구만

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 모두 막은 뒤 초로의 온도를 높여 집을 태워 환기시키는 과정입니다. 베이크 아웃은 1980년대에, 앞으로 새집 증후군 이에노하우우로 널리 알려진 거예요. 인공위성이야말로 베이크아웃의 원조라고 합니다. 인공위성도 새집 증후군을 앓고 있는 것일까 요.

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초기 인공 위성은 어떤 이유에서인지 설계 수명보다 1작 성능이 저하되기도 했습니다. 100℃을 넘는 고온과 – 200℃에 이르는 저온을 너무 나쁘지 않고 극한 환경도 견딜 수 있도록 설계됐음에도 불구하고 내용입니다. 연구자들은 뜻밖에도 부품 자체의 결함이 아니라 오염물질이 원인이라는 사실을 발견했습니다. 그들이 예기치 못한 복병은 우주의 진공상태였습니다. 좀 더 정확하게 내용하면 물질에 포함된 기체가 진공 상태에서 배출되는 아웃 개싱(Out-Gassing), 즉 탈기체 현상입니다.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 택지 10억분의 1수준에 불과하고, 인공 위성의 구성품 표면에 포함된 불순물을 전체적으로 펜팔 아네어 버렸습니다. 마치 한의원에서 티끌을 띄우면 압력차이로 체내 노폐물이 배출되는 것과 같은 원리입니다. 탈기체현상은 특히 고온에서 활발하게 진행됩니다.​ 물질 중의 불순물이 빠지고 나쁘지 않는 것이 왜 문제 1인가 같은데요. 이들 불순물이 장차 서서히 카메라 렌즈가 나빠져 거울, 별/지구/태양 센서 표면, 방열판, 태양전지판 등 인공위성의 성능 구현과 밀접한 동시에 오염에 민감한 표면에 부착될 경우 카메라와 센서는 해상도가 현저히 떨어지고 열제어 표면은 광학물성값(물질의 물리적 성질을 나쁘지 않으며 가져옴값이매우나쁘지않습니다. 결실내용은 위성이 설계수명을 누리지 못하는 원인입니다.

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그래서 찾은 답은 베이크아웃이에요. 가면 기체 현상이 예상되는 모든 소재와 탑재물을 우주와 같은 진공 고온 상태의 챔버에 넣고 이 화기를 당신의 노에서 구워 버리는 작업입니다. 새 집에 입주하기 전에 보초 나방을 붙여 단기간에 불순물을 뽑아내는 것과 같은 원리입니다만. 새집 내부를 진공으로 만들 수 있다면 그 효과가 커질 것입니다. 베이크아웃 절차는 인공위성 고장의 위험을 예방하고 수명을 연장할 수 있다는 점에서 중요한 절차입니다.대한민국 항공우주연구원은 지름의 최초.6 m길이의 처음이다.8m 크기의 원통형 베이크아웃 챔버를 운용하고 있습니다. 베이크아웃 챔버는 가장 바쁘게 가동하는 장비 중 하나입니다. 대부분은 인공 위성의 부품 차원에서 베이크 아웃을 하지만 큐브 위성과 '과학 위성 4호'와 함께 조그만 위성은 비행 모델 단계로 조립된 모든 구조물을 통으로 굽기도 하는 것이다. 특히 인공위성을 싸고 있는 단열재나 케이블은 오염물질을 많이 포함한 부품이므로 반드시 베이크아웃해야 한다.

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쿠키를 구울 때 최적의 온도와 때때로 알아야 하듯이 인공위성도 최적의 조건을 찾아야 합니다. 가장 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 합니다. 베이크 아웃 중 서서히 배출되는 오염 물질은 오염 흡착 바닥에 붙게 되고 2차 오염을 피할 수 슴니다. 허용 범위 내에서 챔버 내부의 압력과 오염 흡착판 온도는 아침일수록, 인공위성의 온도는 높을수록 좋습니다. 구울 때는 약 48시들 안팎입니다. 단위일 때는 탈기체량이 기준치 이하로 내려갈 때까지 진행하기 때문에, 조금도 빨리 끝날 수도, 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 타임테이블로 측정할 수 있습니다. 역시 잔류가스 분석기(RGA, Residual Gas Analyzer)로 물질의 종류까지 확인할 수 있습니다. 베이크아웃 종료 후에는 오염흡착판에서 채취한 오염물질을 적외선 분광기 등을 이용하여 보다 정밀하게 분석하기도 합니다.과학자들은 오랜 베이크아웃 경험을 통해 인공위성 설계 단계부터 불순물 함유가 적은 재료를 선택했고 불순물로부터 인공위성 탑재체를 보호하기 위해 표면처리 기술도 높였습니다. 하지만 여전히 가격적인 어려움이나 대체 불가능한 소재의 한계 등에서 베이크아웃은 중요합니다.뜨거운 사우과인에서 노폐물을 빼듯 베이크아웃하여 보다 깔끔하고 가벼워진 인공위성이 우주에서 건강한 장수를 누리십시오.기획/제작:항공우주Editor오요한자문/감수:우주환경시험부 조혁진 박사

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