MIT는 마이크로 위성에 "이중 모드" 추진을 제공할 수 있는 새로운 마이크로 추진 장치를 개발했습니다. 목표는 CubeSat과 같은 소형 위성이 빠르게 조종하고 장거리를 효율적으로 비행할 수 있도록 하는 것입니다. 이 기술은 화학적 추진과 전기 추진을 동일한 연료 시스템에 통합해 소형 우주선의 임무 능력을 획기적으로 확장할 것으로 기대된다.
MIT 엔지니어링 팀은 최근 화학 로켓의 높은 추력과 전기 추진기의 높은 효율성을 결합한 소형 위성용 하이브리드 추진 시스템을 테스트했으며 두 가지 추진 방법은 동일한 연료를 공유합니다. 연구원들은 이 설계를 통해 지구 저궤도 임무만 수행할 수 있는 저렴하고 휴대 가능한 우주선이 더 깊은 우주 탐사 임무를 수행하고 심지어 화성까지 비행할 수 있게 될 것이라고 말했습니다.
초소형 위성은 오랫동안 발사 비용이 저렴하고 배치가 용이했지만 추진 시스템 측면에서 크기와 연료 공간이 제한되어 있었습니다. 빠른 궤도 변경과 미세한 자세 조정이 동시에 충족되어야 하는 경우 기존 솔루션에는 두 개의 독립적인 추진 시스템과 두 가지 유형의 연료가 필요한 경우가 많으며 이는 소형 플랫폼에서는 달성하기 어렵습니다.
기사에 따르면 화학 추진기는 단시간에 강력한 추력을 낼 수 있어 급격한 궤도 변화에 적합하다. 전기 추진기, 특히 EFI 추진기는 추력은 작지만 연료 활용도가 매우 높으며 특히 성간 또는 행성 간 탐색을 위한 장기 저속 가속에 적합합니다. 둘은 원래 나름의 장점이 있지만 소형 위성에서는 호환이 어려웠다.
이 획기적인 발전의 열쇠는 이전에 미 공군이 개발한 ASCENT라는 추진제에 있습니다. "Advanced SpaceCraft Energetic Non-Toxic 추진제"라고 불리는 녹색 추진제는 원래 독성이 강한 히드라진 연료를 대체하기 위한 화학 추진 연료로 개발되었지만 나중에 연구팀은 이 추진제도 본질적으로 이온성 액체라는 사실을 발견했습니다. 이온성 액체는 진공 환경에서 액체 상태를 유지할 수 있으므로 전자 제트 추진기에 사용하기에 이상적입니다.
Paulo Lozano 교수가 이끄는 MIT AeroAstro Laboratory 팀은 이 기능에 대한 연구를 진행하고 있으며 CubeSat에 연결된 작은 탱크에 ASCENT를 탑재하여 실험을 수행하고 있습니다. 연구진은 우주의 무중력 환경을 시뮬레이션하기 위해 마이크로 위성을 자기 부상 플랫폼에 배치한 다음 다양한 전압에서 추진기를 원격으로 점화하여 작동 성능을 관찰했습니다.
테스트 결과 ASCENT는 추력 대 중량 비율이 와트당 40~65마이크로뉴턴, 특정 충격량은 600초, 전체 효율은 약 15%로 안정적인 추진 성능을 보여줍니다. 또한 스러스터는 측정 가능한 성능 저하 없이 최대 167시간 동안 지속적으로 작동할 수 있습니다.
논문의 첫 번째 저자인 Amelia Bruno는 팀이 일반적으로 사용하는 전기 분사 추진제와 비교할 때 ASCENT의 추력 성능이 비슷하다고 말했습니다. 이제 스러스터가 이 연료와 호환되는 것이 확인되었으므로 향후 설계를 더욱 최적화할 수 있습니다. 연구팀은 이 솔루션의 가장 큰 의미는 소형 위성이 최초로 "추진제 탱크를 공유하고 다양한 추진 동작을 지원"할 수 있게 해준다는 점이라고 믿습니다.
다음으로 MIT는 NASA와 협력하여 Green Propulsion Dual Mode 임무를 발전시킬 것입니다. 하나의 화학 추진기와 4개의 EFI 추진기를 운반할 CubeSat이며 모두 단일 ASCENT 탱크를 공유하며 올해 말에 출시될 예정입니다. Lozano는 이것이 위성에서 공유 추진제 탱크를 사용하려는 첫 번째 시도가 될 것이라고 말했습니다.
임무 검증이 성공하면 이 기술의 적용 시나리오는 보다 효율적인 위성 배치, 허리케인의 실시간 추적, 장거리 심우주 탐사 수행에 이르기까지 매우 광범위할 것입니다. Lozano는 또한 미래에는 CubeSats를 화성이나 소행성 벨트로 보낼 수도 있다고 언급했습니다. 이를 통해 처음에는 전자 추진기를 사용하여 느린 속도로 항해한 다음 화학 추진기를 사용하여 위치를 빠르게 조정하고 대상 지역의 세부 사항을 관찰할 수 있습니다.