한국항공대 김광우 학생, 위성 경량화 위한 장치 구조건전성 평가방법 제시

한국항공대학교는 항공우주공학과 김광우 학생이 위성의 소형·경량화 위한 전장품(전기를 동력원으로 하는 장치)의 구조건전성 평가방법을 고안해 이를 실험적으로 입증했다고 12일 밝혔다.

김광우 학생이 제1저자로 참여한 논문은 지난 9일 발행된 SCI급 우주분야 저널 'MDPI Aerospace'에 게재됐다.

김광우 학생은 '수직 방향 인쇄회로기판을 이용한 우주용 전장품에서의 인쇄회로기판 변형률 기반 방법론의 효과에 관한 실험적 평가'(Experimental Evaluation of the Effectiveness of the Printed Circuit Board Strain-Based Methodology in Space-Borne Electronics with Vertically Mounted Printed Circuit Boards)라는 제목의 논문에서 수직 방향으로 설치되는 우주용 전장품의 구조건전성을 더 정확하게 평가할 수 있는 새로운 방법론을 제안했다.

최근 위성의 임무가 고도화하면서 위성 내부의 PCB(전장품에서 소재가 탑재되는 기판)에 더 많은 고집적·고발열 소자를 탑재하려고 우주용 전장품을 수직으로 세워 위성체 패널 외벽에 부착하는 경우가 많아졌다. 이에 따라 우주용 전장품의 한쪽 면만이 위성에 부착되면서, 기존의 수평 부착 방식보다 우주에서의 발사 진동 환경에서 파손이나 변형에 더 취약해진다.

또한 기존에 우주용 전장품 구조건전성 평가 방법으로 널리 적용되던 스타인버그의 피로파괴 이론을 적용하면 구조해석 때 큰 오차가 발생할 수 있다.

김광우 학생은 수직 방향 전장품의 구조건전성에 대한 선제 연구가 없다는 데 주목하고 기존 이론의 한계점을 보완한 'PCB 임계변형률(Critical Strain) 기반 방법론'을 적용해 수직 방향 전장품에서의 유효성을 검증했다. 특히 수직 방향 전장품의 전자 소자 납땜부가 우주 환경에서도 파손되지 않고 버틸 수 있는지를 더 정확하게 평가할 수 있는 방법론을 제시하고 이를 실험적으로 입증하면서 학술적으로도 높은 평가를 받았다.

새 방법론을 적용하면 전장품 부착에 필요한 보강재의 과도설계를 방지하고 전장품의 무게를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

김광우 학생은 "뉴스페이스(민간우주개발) 트렌드에 따라 위성의 소형·경량화를 통해 제작·발사 비용을 줄이려는 시도가 계속되는 가운데 이번 연구가 우주용 전장품의 경량화에 이바지할 수 있을 것"이라고 말했다.