포스텍 연구팀, 세계 최초로 3D프린팅 기술 활용한 우주 탐사용 고정밀 추력기 개발 성공

소형 위성 역할 확대 기대

포스텍 김형섭 교수

포스텍 김동식 교수

포스텍 이안나 교수

포스텍(포항공대)은 김형섭 친환경소재대학원·신소재공학과 교수와 김동식·이안나 기계공학과 교수 연구팀이 금속 3D 프린팅 기술을 활용해 기존 방식의 한계를 뛰어넘는 우주 탐사용 고정밀 마이크로추력기를 개발했다고 3일 밝혔다.

이번 연구는 엔지니어링 분야 국제 학술지인 버츄얼 앤 피지컬 프로토타이핑(Virtual and Physical Prototyping)온라인판에 최근 게재됐다.

많은 국가들이 우주에 많은 소형 위성을 쏘아 올리고 있다. 날씨 관측을 통해 기후변화를 감시하고 통신을 연결하는 등 소형 위성의 역할이 지속적으로 커지고 있기 때문이다.

이 같은 소형 위성이 우주에서 제대로 움직이려면 추진장치가 필요한데, 문제는 장치의 크기와 강도다. 손가락 크기만큼 작으면서도 우주의 극한 환경을 견뎌야 하기에, 현재는 실리콘을 깎아 만들거나 초소형 기계부품을 조립하는 방식을 사용해왔다.

여전히 성능과 내구성의 한계를 극복하지 못한 소형장치는 이번에 포스텍 연구팀에 의해 큰 변화를 맞게 됐다.

금속 3D 프린팅은 레이저로 금속 가루를 녹이며 층층이 쌓아 원하는 모양을 만드는 기술이다. 이 기술을 이용하면 기존 방식으로는 불가능했던 매우 얇고 복잡한 구조도 정밀하게 제작할 수 있다.

연구팀이 만든 마이크로추력기는 아주 작지만 놀라운 성능을 보였다.

추력기는 실제 우주 환경과 비슷한 700℃의 고온에서 1분 동안 진행된 연소 실험에서 구조적 손상 없이 안정적으로 작동했다. 특성 속도 효율은 84.3%, 비추력 효율은 91.7%를 기록하는 등 효율도 탁월했다.

연구팀은 이번 성과가 우주탐사의 새 지평을 열 마중물로 평가했다. 가볍고 성능이 뛰어난 추력기를 저렴하게 만들면 보다 많은 소형위성이 우주에서 정확한 일기예보와 지구 관측을 가능하게 할 것이기 때문이다. 여기에다 화성이나 소행성 같은 먼 우주 탐사에도 활용을 예상했다.

김형섭 교수는 "이번 연구는 금속 3D 프린팅을 활용해 소형 우주 추진기를 가볍고 정밀하게 만든 최초의 사례"라며 "무엇보다 학생들이 주도적으로 연구를 이끌어 탁월한 성과를 냈다는 점에서 더 의미가 크다"고 했다.