This paper presents a MEMS based Safety and Arming device for miniaturized precision fuze of 155mm munitions. Recently fuze for projectile munition is improving with smart and multifunctions. Conventional Safety and Arming device is occupied of many volume inside of fuze. In order to be additional loading for the smart projectile munition fuse there is a necessity which will reduce the size of S&A. In this paper, we shows that the fabrication of MEMS based high aspect ratio Safety and Arming device using UV-LIGA process and conventional LIGA process.
We tried to two main fabrication technologies, LIGA, which uses X-rays produced by a synchrotron to create high-aspect ratio structures, and UV LIGA, a more accessible method which uses ultraviolet light to create structures with relatively low aspect ratios.
In order for the safe arming system which is produced was the mechanical system which uses only an inertial force and a centrifugal force, to correspond in 155mm firing conditions, it was produced. And this miniaturization S&A system is expected to apply for Objective Indivisual Combat Weapon(OICW) like a small-calliber gun.
군의 주요 무기 체계인 포병의 155mm 탄약의 최근 발전 추세는 위성에서 비행하고 있는 탄의 위치를 조정하며 정확하게 표적에 명중시킬 수 있도록 유도 기능을 갖춘 정밀 유도 포탄 개념으로 바뀌고 있다. 기존의 많은 발수의 포탄을 퍼부어 표적이 있는 일정 지역을 제압하는 것이 아닌 정밀 유도 기능을
갖춘 포탄을 적은 발수로 정확하게 타격, 섬멸하는 것이다. 이는 전투의 효율성, 충격력 향상 및 군수 분야에서도 크게 이바지 하는 것으로 기존의 탄두에 결합되는 재래식 신관으로는 이러한 기능 및 장점을 살리는 것은 제한적이다. 재래식 신관의 경우 내부 구성이 탄두를 폭발시키기 위한 기폭 화약 이 외에는 나머지 용적이 평시의 안전 및 발사 후 무장이 되는 장전 기능을 갖춘 안전장전장치가 차지하고 있기 때문이다. 따라서 앞서 언급한 정밀 유도 기능을 갖춘 구성품을 탑재하기 위해서는 이런 안전장전장치를 개선하는 것이 필요했다.
이 연구에서는 이런 정밀 유도 기능을 갖춘 구성품을 탑재하기 위해 아주 작은 크기의 신관 안전장전장치를 제시한다. MEMS 라는 기술을 이용하여 기존 재래식 신관 안전장전장치의 성능을 발휘하면서 크기는 기존 것과 비교하여 아주 작은 사이즈의 안전장전장치를 두 가지 타입으로 구분하여 제작하였다. 선진국에서도 MEMS 기반의 안전장전장치는 아직도 연구중인 과제로 현재까지 나와있는 공정방법이 없기 때문에 MEMS 가 가지고 있는 다양한 공정방법 중 일부인 UV-LIGA 공정을 이용해 관성력과 원심력 상호 구속적 모델을 만들기 위한 공정 방법을 수립하였다. 또한 LIGA 공정을 이용하여 관성력과 원심력 상호 독립적 모델을 제작하기도 하였다. 또한 제작 및 공정 과정에서 MEMS분야에 소개 되지 않은 새로운 공정방법도 3 가지를 확립하였다. 관성력과 원심력 상호 구속적 모델의 경우 총 10 가지 디자인을 제시하였으며 각 디자인별로 공정상 한계가 있거나 주요 디자인별로 스핀테스트, 고충격 시험, 40mm 고속 유탄발사기 실험 등에서 도출된 수정요소를 보완하는 식으로 최종 모델을 제시하였다. 최종 모델의 경우 앞서 디자인된 모델들의 문제점을 모두 반영하여 설계 되었으며 실제 성능 실험에서도 포탄신관 안전장전장치의 요구 조건을 모두 충족하였다.
관성력과 원심력 상호 독립적 모델의 경우에도 총 2 가지 디자인으로 수정 보완하며 디자인을 진행하였으며 최종 모델인 2 번째 디자인을 제작 및 성능실험을 통해 요구 조건을 모두 충족함을 확인하였다. 이렇게 제작된 신관 안전장전장치는 기존 재래식 신관의 안전장전장치의 약 2~2.8% 정도의 내부 용적을 차지함으로써 충분히 정밀 유도 기능을 갖추기 위한 탑재품인 GPS, 수신기, 항법장치, 배터리, High-G 센서 등이 탑재 가능하다. 이렇게 제작된 155mm 포탄용 초소형 정밀 신관은 지속적인 연구와 성능 검증 및 신뢰성이 갖춰지면 향후 몇 년 이내에 실전 배치가 가능할 것이라 예상되며 순수 국내 기술 및 부품으로 이루어진 최초의 스마트 탄이 양상 될 것이라 예상한다.
