MEMS(Micro Electro-Mechanical System) technology has recently progressed far enough for us to fabricate very small mechanical or electrical devices. These micro-machines have been emphasized in aerospace engineering where a component's mass and volume matter the most. Among them the most notable new concepts are the Smart Dust, Micro-Flying Insect, Micro-Aerial Vehicle, and Micro/Nano satellite.
Micro/Nano satellites have to keep the relative position of satellites during the period of a mission, which is the key feature of that concept. Novel propulsion system also can be used in Micro/Nano satellites for attitude control, re-orbit maneuvering and drag compensation. But micro solid propellant thrusters, which have a simple structure, and no moving parts and leakage, have its own precedence in the micro propulsion systems.
The purpose of this paper is to verify the possibility of micro solid propellant thruster as a Micro/Nano satellite thruster and a side jet thruster of Smart bomb. The components of micro solid propellant thruster were created using MEMS technology and its performance was evaluated in this research. The combustion chamber and nozzle were made by the photo-sensitive glass wafer which has very low heat conductivity, and the chamber was composite-layered like planar type micro solid propellant thruster. A micro igniter was made using Pyrex glass wafer and patterned nickel/chromium thin film. The metal film was patterned using lift-off process. Heating performance of the igniter was evaluated by numerical simulation and tested with experiments. The solid propellant, HTPB(Hydroxyl Terminated Poly Butadiene)/AP(Ammonium Perchlorate) composite propellant, was charged by a single internal rectangular tube. The combustion test was executed and thrust measurement was performed.
수 ㎛ 크기의 단위 구조체의 형성에서부터 기계 요소의 제작에 이르기까지 MEMS(Micro electro mechanical system)기술은 모태가 되었던 반도체 공정 기술을 넘어서서 기존의 기계 요소의 초소형화와 새로운 형태의 장치 제작으로 그 응용 범위가 확대되고 있으며, 신소재의 개발과 새로운 공정의 개발로 인해서 MEMS기술을 적용할 수 있는 선택의 폭도 넓어지고 있다. MEMS기술의 발전으로 인해서 다양한 분야에서 기존 요소들의 신뢰도 향상 및 경량화, 소형화의 가능성이 확대되었다. 적은 제작 비용과 발사 비용, 높은 신뢰도가 요구되는 우주 항공 기술 분야에서도 MEMS기술을 적용하여 기존 위성체의 임무를 수행 할 수 있는 초소형 위성체와 같은 우주 비행체에 대한 연구가 현재 활발히 진행 중이다. 항공우주 분야에서 MEMS기술의 응용으로는 Fig. 1-1과 Fig.1-2와 같은 MAV(Micro aerial vehicle)나 스마트 더스트(Smart dust) 개념과 같은 소형 비행체와 그 내부에 탑재되는 각종 센서, 통신, 추진 장치들을 들수 있으며 역시 대기권 밖에서 작동하는 위성체의 초소형화 개념부터 시작하여 위성의 서브 시스템들을 구성하는 요소들의 개발에도 많은 연구가 활발히 진행 되고 있다.
위성체로의 MEMS기술의 적용은 마이크로/나노 위성체의 개념을 예로 들 수 있다. 마이크로/나노 위성의 구분은 Table 1-1과 같다. 마이크로 위성체는 기존의 메조 스케일의 제작 기술을 이용해서 작고, 최대한 가볍게 요소들을 제작한 수십 kg 정도의 위성체에 해당하며 나노 위성체는 기존의 제작 기술을 이용함과 동시에 부분적으로 MEMS기술을 이용하여 요소 제작 및 통합을 한 위성이며 그 운용 개념은 Table 1-1 수 kg 수준의 위성체들을 편대화하여 임무를 수행함으로써 적은 제작 비용과 발사 비용, 높은 수준의 신뢰도를 확보할 수 있다는 장점이 있다. 이렇게 편대를 이루어서 작동하는 초소형 위성체들의 상대적인 위치 보정, 자세 제어, 항력 보상 등의 작동에 필요한 핵심 요소로서 마이크로 추력기가 필수적이다.
