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최원호 교수, 플라즈마 공학 국제 최고 권위상 수상
우리 대학은 원자력및양자공학과 최원호 교수가 응용 플라즈마 과학 및 공학 분야의 세계적 권위 학회인 AEPSE 2025(Asian-European Conference on Plasma Surface Engineering)에서 ‘K-T Rie Award’ 수상자로 선정됐다고 5일 밝혔다.
AEPSE는 아시아(AJC-APSE,Asian Joint Committee for Applied Plasma Surface Engineering)와 유럽(EJC/PISE, European Joint Committee/Plasma Ion Surface Engineering)의 플라즈마 표면공학 연구자들이 참여하는 국제 학회로, 격년으로 개최되며 전 세계 연구자들이 최신 연구성과를 공유하는 대표 학술회의다.
이번에 최 교수가 수상한 K-T Rie Award는 독일에서 활동한 한국 출신 플라즈마 표면공학 석학인 ‘이경종(Kyong Tschong Rie) 교수’의 업적을 기리기 위해 2015년 제정된 상으로, 응용 플라즈마 과학·공학 발전에 두드러진 기여를 한 국제 연구자에게 2년마다 수여되는 권위 있는 학술상이다.
최원호 교수는 플라즈마–액체 계면에서 일어나는 물리·화학적 변화를 규명한 연구로 국제적 평가를 받아 왔다. 이를 위해 플라즈마 활성종 생성·에너지 전달 과정을 실시간으로 관찰할 수 있는 플라즈마 영상 진단기술(Plasma Imaging Diagnostics)을 개발해 계면 반응의 핵심 메커니즘을 밝힌 점이 높은 평가를 받았다.
또한 기초 성과를 기반으로 저온 플라즈마 기술을 의료 분야에 적용해 ‘플라즈맵(Plasmapp, 코스닥 상장)’ 창업을 이끌며 플라즈마 멸균기·바이오 플라즈마 제품 등 실용화 성과를 거뒀다.
우주 분야에서도 연구를 확장해 전기추진용 플라즈마 기술 기반의 홀추력기 개발 스타트업 ‘코스모비(Cosmo Bee)’를 학생들과 함께 설립했다. 해당 기술은 최근 누리호 4차 발사에서 플라즈마 홀추력기를 탑재한 큐브위성 개발로 이어지며 실제 우주기술 적용 성과로 확대되고 있다.
이와 함께 최 교수는 프랑스 남부 카다라슈(Cadarache)에 위치한 국제핵융합실험로 ITER 과학기술자문위원회에서 10년간 활동하고, 다수의 국제 학술지 편집위원 및 학회 조직위원장을 맡는 등 국내외 플라즈마 분야 연구의 흐름을 주도해 온 학술 리더십도 높게 인정받았다.
최 교수는 “K-T Rie 상을 수상하게 되어 영광이며, 이번 수상은 우리나라 플라즈마 연구의 국제 경쟁력을 다시 한번 인정받은 결과이자 KAIST의 융합 연구 환경 덕분”이라며 “앞으로 플라즈마 과학의 발전과 응용 확장에 더욱 힘쓰겠다”고 소감을 밝혔다.
2025.12.05 조회수 341 -
K-HERO 큐브위성, 초소형 홀추력기 우주 검증 본격 착수
우리 대학은 한국형발사체 누리호 4차에 실려 우주로 향한 큐브위성 K-HERO(KAIST Hall Effect Rocket Orbiter)가 27일 정오 지상국과 첫 교신에 성공하며, AI 기반 초소형 홀추력기 우주 검증을 위한 본격적인 임무 준비에 돌입했다고 28일 밝혔다.
K-HERO에는 KAIST 원자력및양자공학과 최원호 교수 연구팀이 AI 기반 설계기술로 개발한 150 W급 초소형 홀전기추력기가 탑재되어 있다. 이번 누리호 4차 발사에서 실린 12기의 큐브위성 중 홀추력기 우주 실증 임무를 수행하는 유일한 위성이다.
홀추력기는 전기에너지를 이용해 제논(Xe) 연료를 이온화하고 고속으로 분사해 추력을 얻는 고효율 전기추진 기술로, 연비(비추력)가 높고, 투입 전력 대비 추력 성능(약 60 mN/kW)이 높아서 대규모 위성군(예: SpaceX 스타링크)에서 심우주 탐사(NASA Psyche)에 이르기까지 널리 활용되는 핵심 기술이다.
기존에는 주로 중대형 플랫폼(GEO 위성)에 적용돼 왔으나, 초소형·소형위성에 탑재할 경량·고효율 소형 홀추력기 개발은 기술 난이도가 높은 도전적 과제로 꼽힌다.
연구팀은 복잡한 플라즈마 생성 및 전자기장 최적화 문제를 해결하기 위해 AI 기반 성능 예측 기법을 적용했다. 이를 통해 설계 반복 과정 단축, 실험 횟수 감소, 개발 기간·비용 절감이라는 뚜렷한 성과를 거두었으며, 이는 국내 초소형 전기추진 기술의 수준을 한 단계 끌어올리는 성취로 평가된다.
K-HERO는 27일 오전 4시경 미국 애리조나 SatNOGS 지상국에서 첫 비콘 신호가 확인됐고 이후 글로벌 지상국에서 10회 이상 신호 수신, 27일 정오 한국항공우주연구원(KARI) 지상국에서도 비콘 수신 성공을 통해 정상적인 궤도 안착과 초기 위성 상태 안정성이 검증되었다. 비콘 분석 결과, 위성 통신 안테나 4개도 성공적으로 전개된 것으로 확인됐다.
연구팀은 향후 양방향 교신을 통해 위성의 전력, 열 환경, 자세 안정성을 점검한 뒤, 홀추력기 우주 작동 시험을 순차적으로 진행할 계획이다.
시험 시에는 플라즈마 전류, 연료탱크 압력 변화, 열적 변화, 자기장 생성 특성, 작동 제어 알고리즘, 전력 공급 특성 등 핵심 데이터를 수집·분석해 60 W급 초소형 홀추력기의 우주 환경 성능을 본격적으로 검증하게 된다.
홀추력기는 1회 작동 시 약 1 mN(밀리뉴턴)급 추력을 1분간 발휘하는 실증 임무를 수행할 예정이다. 1 mN은 쉽게 말해 지상에서 포스트잇 종이 한 장을 들어올리는 힘에 해당한다.
하지만 우주에서는 진공이라 공기 저항이 거의 없고 중력이 작아서, 이렇게 미세한 힘이라도 지속적으로 작용하면 4 kg 정도인 K-HERO 위성의 속도나 궤도를 눈에 띄게 변화시킬 수 있어 실질적인 추진력으로 활용될 수 있다.
이번 홀추력기 개발에는 최원호 교수 연구팀이 설립한 전기추진 전문 스타트업 코스모비㈜(Cosmo Bee)도 적극 참여했다. 양 기관은 K-HERO 운용 경험을 기반으로 저전력 홀추력기 시스템 상용화, 초저궤도(VLEO)·심우주 탐사용 고효율 홀추력기 개발을 추진해 국내 소형위성 전기추진 산업 경쟁력 강화에 기여할 계획이다.
최원호 교수는 “이번 임무의 성공은 실험실의 기초 물리연구에서 시작된 플라즈마 전기추력기 기술이 우주 검증 단계까지 이른 뜻깊은 성과이며, 국내 소형위성 전기추력기 상용화의 중요한 전환점이 될 것”이라고 밝혔다.
이광형 KAIST 총장은 “K-HERO 임무는 KAIST가 축적해 온 우주기술 역량이 실제 우주에서 입증된 의미 있는 성과”라며 “AI 기반 전기추진기 기술을 통해 대한민국의 초소형·소형위성 경쟁력을 세계 수준으로 끌어올리겠다”고 말했다.
2025.11.28 조회수 808 -
누리호에 오른 KAIST ‘K-HERO’..초소형 홀추력기 차세대 기술 우주에서 검증
우리 대학은 원자력및양자공학과 최원호 교수 연구팀이 개발한 큐브위성 ‘K-HERO(케이-히어로, KAIST 홀추력기 시험위성, KAIST Hall Effect Rocket Orbiter)’가 오는 27일 새벽 전남 고흥 나로우주센터에서 발사되는 누리호 4차 발사체에 탑재돼 우주로 향할 예정이라고 26일 밝혔다.
이번 누리호 4차 발사는 한국항공우주연구원(KARI)에서 기술 이전을 받아 민간기업 한화에어로스페이스가 주관하는 첫 발사로, 국내 우주산업 전환의 의미 있는 장면이 될 전망이다. 주탑재체인 차세대중형위성 3호와 함께 산학연이 개발한 12기의 큐브위성이 실리며, K-HERO는 그 중 하나다.
K-HERO는 최원호 교수 연구팀이 KARI 주관 ‘2022 큐브위성 경연대회’ 기초위성 개발팀으로 선정되면서 개발이 본격화됐다.
기초위성은 본격적인 비행모델(FM) 제작에 앞서 설계와 핵심 부품이 우주환경에서 정상적으로 작동하는지 확인하는 기술 검증용 위성이다. 가로·세로 10cm, 높이 30cm, 무게 3.9kg의 3U 표준 큐브위성인 K-HERO는 발사체와의 안정성·전기 규격·인터페이스 조건을 모두 충족해 설계됐다.
K-HERO의 핵심 임무는 연구팀이 개발한 150 W급 초소형 위성용 홀추력기(Hall thruster)가 우주에서 실제로 작동하는지를 직접 검증하는 것이다.
홀추력기는 쉽게 말하면 ‘전기로 움직이는 우주용 엔진’이라고 할 수 있으며 전기를 이용해 위성을 천천히, 그러나 매우 효율적으로 움직이는 전기추진 엔진이다.
로켓처럼 연료를 많이 태워 순간적으로 큰 힘을 내는 방식이 아니라, 전기로 기체(제논)를 플라즈마 상태로 만들고 이를 뒤로 빠르게 내보내 위성을 밀어내는 방식으로 작동한다. 홀추력기는 연비가 높다는 장점 덕분에 소형·군집위성 시대의 핵심 기술로 꼽힌다.
홀추력기는 이미 20~30년 넘게 대형 위성과 심우주 탐사선에서 사용돼 온 검증된 기술이다. 하지만 크기와 전력 요구량이 커서 과거에는 대형 정지궤도(GEO) 통신·방송 위성에서 주로 운용되고 NASA·ESA의 심우주 탐사선에서도 장거리 비행을 위해 사용되었다.
최근 SpaceX 스타링크 위성군의 등장으로 소형·초소형 전기추력기에 대한 수요가 급증하였다. 이처럼 글로벌 우주산업이 군집위성 중심으로 변화하면서, ‘작고 효율 좋은 추력기’는 필수 기술이 되었다.
K-HERO는 국내 기술로 만든 초소형 홀추력기를 우주에서 직접 실증하는 첫 사례로, 국내 기술 경쟁력을 높이는 중요한 이정표가 될 전망이다.
최원호 교수 연구팀은 2003년 국내 최초로 홀추력기 연구를 시작해 플라즈마 물리 기반의 원천 기술을 확보했다. 이후 2013년 ‘KAIST 과학기술위성 3호’에 200W급 홀추력기를 성공적으로 탑재하며 기술의 실용성을 입증하였고, 이번에는 더 낮은 전력(30W)에서도 동작할 수 있도록 개선하여 초소형위성을 겨냥한 차세대 모델을 개발했다.
이번 K-HERO 개발에는 최 교수 연구팀의 실험실 창업기업 코스모비(주)도 참여하여 기술 상용화 기반을 더욱 강화했다.
최원호 교수는 “K-HERO를 시작으로 국내에서도 전기추력기를 탑재한 소형위성이 본격적으로 늘어날 것이다. 이번에 검증되는 홀추력기는 저궤도 군집 감시정찰 위성, 6G 통신위성, 초저궤도 고해상도 위성, 소행성 탐사선 등 다양한 임무에 활용될 수 있다.”라고 말했다.
이광형 총장은 “K-HERO 발사는 KAIST의 전기추력 기술을 초소형위성 플랫폼에서 다시 한 번 우주에서 직접 검증하게 될 뜻깊은 기회로, 국내 소형위성 기술 경쟁력을 한 단계 더 높일 중요한 전환점이 될 것이다. KAIST는 앞으로도 우리나라 우주기술 발전을 위해 지속적으로 기여하겠다”고 밝혔다.
2025.11.26 조회수 1011 -
성풍현 명예교수, '2025 INSC 글로벌 어워드' 수상
우리 대학 원자력및양자공학과 성풍현 명예교수가 국제원자력학회연합회(International Nuclear Societies Council, 이하 INSC)가 수여하는 ‘2025 INSC 글로벌 어워드’ 수상자로 선정됐다고 29일 밝혔다. 공식 시상식은 오는 9월 17일 오스트리아 비엔나 IAEA(International Atomic Energy Agency, 국제원자력기구) 본부에서 열리는 제69차 IAEA 총회 기간 중 개최된다.
이 상은 원자력 기술의 평화적이고 지속 가능하며 책임 있는 활용을 통해 사회에 크게 기여한 개인이나 단체를 대상으로 수여되는 국제적 권위의 상이며 원자력 안전, 기술 발전, 그리고 원자력의 긍정적인 영향에 대한 세계적 옹호 활동에 탁월한 리더십과 기여를 인정하기 위해 제정됐다.
국제원자력학회연합회(INSC)는 1990년 설립돼 현재 세계 38개국의 원자력 학회 및 국제원자력여성단체(WiN-Global)가 참여하고 있으며, 12만 명 이상의 전문가 회원을 대표한다. INSC는 원자력이 기후변화 대응의 핵심 에너지원임을 알리고, 소형모듈원자로(SMR) 및 차세대 원자로 개발을 통해 전력 생산뿐 아니라 지역난방, 해수담수화, 산업 열 공급 등에 기여할 수 있음을 전 세계에 확산시키고 연구개발을 지원하고 있다.
이번 수상으로 성풍현 명예교수는 제16회 INSC 글로벌 어워드 수상자가 되며, 이는 2012년 이창건 박사 이후 13년 만에 한국인으로서 두 번째 수상한 사례다. 역대 수상자로는 한스 블릭스 전 IAEA 사무총장(1998), 윌리엄 맥우드 현 OECD 산하 NEA(Nuclear Energy Agency, 원자력기구) 사무총장(2022) 등이 있다.
성풍현 명예교수는 1991년부터 2020년 은퇴 시까지 KAIST 교수로 재직하며, 한국원자력학회 회장, 한국원자력안전위원회 위원, 한국원자력진흥위원회 위원 등을 역임했다.
국제적으로도 미국원자력학회 석학회원으로 활동하고 있으며, 2019년에는 원자력 계측제어 분야 최고 권위의 상인 ‘돈 밀러 상(Don Miller Award)’을 수상하기도 했다. 또한 2025년 1월, 세계 학술 데이터 분석 플랫폼인 ScholarGPS에서 발표한 평가에서 성풍현 명예교수는 ‘2024년 원자력발전소 연구 분야 전 세계 21,472명 중 연구 영향력 1위’ 로 선정되며 학문적 업적 또한 입증했다.
성 명예교수는 “원자력은 기후에 악영향을 주지 않으면서도 안전하고 경제적으로 대량의 에너지를 생산할 수 있는 인류에게 꼭 필요한 훌륭한 에너지원”이라며 “이번 수상은 대한민국이 전 세계 원자력 기술의 평화적 이용과 발전에 크게 기여하고 있음을 국제적으로 인정받은 결과라 매우 자랑스럽다”고 소감을 밝혔다.
2025.08.29 조회수 1369 -
원자력및양자공학과 박상후 교수, 세계 권위 플라즈마학회서 신진연구자상 2관왕
우리 대학 원자력및양자공학과 박상후 교수가 세계적으로 권위 있는 두 플라즈마 학술대회에서 잇달아 신진연구자상을 수상했다고 15일 밝혔다.
박 교수는 지난 8월 4일 미국물리학회(American Physical Society)가 주관하는 플라즈마 학술대회(Gaseous Electronics Conference, GEC)의 신인연구자상(Early Career Award, ECA) 수상자로 선정됐다. 또한 지난 6월 19일에는 국제플라즈마화학회(International Plasma Chemistry Society, IPCS)가 수여하는 신인연구자상(Young Investigator Award)의 수상 영예를 안았다.
미국물리학회 GEC 신진연구자상은 전 세계에서 2년마다 단 한 명에게만 주어지는 상으로, 플라즈마 분야에서의 연구 우수성·학문적 영향력·학회 기여도를 종합적으로 평가해 수여된다. 이번 시상은 오는 10월 13~17일 서울 코엑스에서 열리는 GEC 2025에서 진행된다.
GEC는 1948년 첫 개최 이후 77년 역사를 이어온 플라즈마 분야의 대표 학술대회로, 플라즈마 물리·화학·진단·응용 기술 등 전 분야의 핵심 연구 성과가 발표되어 왔다. 최근에는 친환경 화학 공정, 차세대 반도체, HBM 공정의 원자층 및 초저온 식각 기술 등 첨단 응용 연구가 주목받고 있다.
이번 수상 기념으로 박 교수는 GEC 2025 초청 연사로 나서 ‘플라즈마 분광학 고도화를 위한 딥러닝 기반 분광 데이터 분석법’을 주제로 강연한다. 이번 강연에서 박 교수는 플라즈마 진단을 포함해 현대 과학에 주요 분석법으로 자리 잡은 분광법에 필수인 분광 데이터 분석을 딥러닝 기술로 비전문가들도 쉽고 빠르게 할 수 있는 방식에 대해 사례를 통해 소개할 예정이다.
또한, 박 교수는 지난 6월 15~20일 미국 미니애폴리스에서 열린 제26회 국제 플라즈마화학 심포지엄(ISPC 26)에서 IPCS에서 수여하는 신진연구자상(Young Investigator Award)도 수상했다.
ISPC(International Symposium on Plasma Chemistry)는 1973년 첫 개최 이후 격년으로 개최되는 플라즈마 화학 분야의 대표적인 국제학술대회로, 플라즈마 기초 화학 반응 원리부터 반도체 공정·녹색에너지·환경·바이오 응용까지 폭넓은 주제를 다루며 매회 전 세계 산‧학‧연 연구자들이 최신 성과를 공유한다. 신진연구자상은 박사학위 취득 10년 이내의 연구자 중 해당 분야에서 탁월한 성과를 거둔 과학자에게 수여된다.
박 교수는 플라즈마–액체 상호작용과 실시간 광학 진단 기술을 활용해, 공기 중 질소를 친환경적으로 고정하고 인체와 환경에 유익한 반응성 화학물질의 양과 종류를 정밀하게 제어하는 분야에서 선도적인 연구 성과를 인정받았다.
박상후 교수는 “역사상 처음으로 한국에서 열리는 GEC 행사에서 한국을 대표해 신진연구자 상을 받게 되어 매우 뜻깊다”라며, “플라즈마 기초 과학에 대한 꾸준한 관심과 성과를 인정받아 기쁘게 생각하고, KAIST 연구진의 노력을 세계 최고 학회에서 인정받아 더욱 의미있다”라고 밝혔다.
2025.08.15 조회수 2378 -
AI로 방사성 오염 '아이오딘' 제거용 최적 신소재 발굴
원자력 에너지 활용에 있어 방사성 폐기물 관리는 핵심적인 과제 중 하나다. 특히 방사성 ‘아이오딘(요오드)’는 반감기가 길고(I-129의 경우 1,570만 년), 이동성 및 생체 유독성이 높아 환경 및 인체에 심각한 위험을 초래할 수 있다. 한국 연구진이 인공지능을 활용해 아이오딘을 제거할 원자력 환경 정화용 신소재 발굴에 성공했다. 연구팀은 향후 방사성 오염 흡착용 분말부터 오염수 처리 필터까지 다양한 산학협력을 통해 상용화를 추진할 예정이다.
우리 대학 원자력및양자공학과 류호진 교수 연구팀이 한국화학연구원 디지털화학연구센터 노주환 박사가 협력하여, 인공지능을 활용해 방사성 오염 물질이 될 수 있는 아이오딘을 효과적으로 제거하는 신소재를 발굴하는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.
최근 보고에 따르면 방사능 오염 물질인 아이오딘이 수용액 환경에서 아이오딘산염(IO3-) 형태로 존재하는 것으로 밝혀졌으나, 기존의 은 기반 흡착제는 이에 대해 낮은 화학적 흡착력을 가져 비효율적이었다. 따라서 아이오딘산염을 효과적으로 제거할 수 있는 새로운 흡착제 신소재 개발이 시급한 실정이다.
류호진 교수 연구팀은 기계학습을 활용한 실험 전략을 통해 다양한 금속원소를 함유한 ‘이중층 수산화물(Layered Double Hydroxide, 이하 LDH)’이라는 화합물 중 최적의 아이오딘산염 흡착제를 발굴했다.
이번 연구에서 개발된 구리-크롬-철-알루미늄 기반의 다중금속 이중층 수산화물 Cu3(CrFeAl)은 아이오딘산염에 대해 90% 이상의 뛰어난 흡착 성능을 보였다. 이는 기존의 시행착오 실험 방식으로는 탐색이 어려운 방대한 물질 조성 공간을 인공지능 기반의 능동학습법을 통해 효율적으로 탐색해 얻어낸 성과다.
연구팀은 이중층 수산화물(이하 LDH)이 고엔트로피 재료와 같이 다양한 금속 조성을 가질 수 있고 음이온 흡착에 유리한 구조를 지녔다는 점에 주목했다. 그러나 다중금속 LDH의 경우 가능한 금속 조합이 너무 많아 기존의 실험 방식으로는 최적의 조합을 찾기 어려웠다.
이를 해결하기 위해 연구팀은 인공지능(기계학습)을 도입했다. 초기 24개의 2원계 및 96개의 3원계 LDH 실험 데이터로 학습을 시작해, 4원계 및 5원계 후보 물질로 탐색을 확장했다. 이 결과 전체 후보 물질 중 단 16%에 대해서만 실험을 수행하고도 아이오딘산염 제거에 최적인 신소재 물질을 찾아낼 수 있었다.
류호진 교수는 “인공지능을 활용하면 방대한 신소재 후보 물질 군에서 방사성 오염 제거용 물질을 효율적으로 찾아낼 가능성을 보여, 원자력 환경 정화용 신소재 개발에 필요한 연구를 가속화하는데 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
류 교수 연구팀은 개발된 분말 기술에 대한 국내 특허를 출원했으며 이를 기반으로 해외 특허 출원을 진행 중이다. 연구팀은 향후 방사성 오염 흡착용 분말의 다양한 사용 환경에서의 성능을 고도화하고, 오염수 처리 필터 개발 분야에서 산학 협력을 통한 상용화 방안을 추진할 예정이다.
우리 대학 신소재공학과를 졸업한 이수정 박사와 한국화학연구원 디지털화학연구센터 노주환 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 이번 연구 결과는 환경 분야 국제 저명 학술지인 ‘위험물질 저널(Journal of Hazardous Materials)'에 5월 26일 온라인 게재됐다.
※논문명: Discovery of multi-metal-layered double hydroxides for decontamination of iodate by machine learning-assisted experiments
※DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138735
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 원자력기초연구지원사업과 나노·소재기술개발사업의 지원으로 수행됐다.
2025.07.02 조회수 3827 -
AI로 우주용 전기추력기 개발·고성능 예측
홀추력기는 스페이스X의 스타링크(Starlink) 군집위성이나 NASA의 사이키(Psyche) 소행성 탐사선 등과 같은 여러 고난이도 우주 임무에 활용되는, 플라즈마*를 이용한 고효율 추진 장치로, 핵심적인 우주기술 중 하나다. KAIST 연구진이 인공지능 기법을 사용해 개발한 큐브위성용 홀추력기를 올해 11월에 예정된 누리호 4차 발사에서 큐브위성인 K-HERO에 탑재돼 우주에서 성능 검증을 진행할 예정이라고 밝혔다.
*플라즈마(plasma)는 기체가 높은 에너지로 가열되어 전하를 띄는 이온과 전자로 분리된 물질의 네 가지 상태 중 하나로 우주 전기추진 뿐만 아니라 반도체 및 디스플레이 제조공정과 살균장치 등에 널리 활용되고 있다.
우리 대학 원자력및양자공학과 최원호 교수 연구팀이 인공위성이나 우주탐사선의 엔진인 홀 전기 추력기(홀추력기, Hall thruster)의 추력 성능을 높은 정확도로 예측할 수 있는 인공지능 기법을 개발했다고 3일 밝혔다.
홀추력기는 연비가 높아 적은 추진제(연료)를 사용하고도 위성이나 우주선을 크게 가속할 수 있으며, 소모 전력 대비 큰 추력을 발생시킬 수 있다. 이러한 장점을 바탕으로, 추진제 절약이 중요한 우주 환경에서 군집위성의 편대비행 유지, 우주쓰레기 감축을 위한 궤도이탈 기동, 혜성이나 화성 탐사와 같은 심우주 탐사를 위한 추진력 제공 등 다양한 임무에 폭넓게 활용되고 있다.
최근 뉴스페이스 시대에 접어들어 우주산업이 확장됨에 따라 우주 임무가 다양해지고 있고 이에 맞는 홀추력기 수요가 증가하고 있다. 각각의 고유한 임무에 최적화된 고효율 홀추력기를 신속하게 개발하기 위해서는 설계단계에서부터 추력기의 성능을 정확하게 예측하는 기법이 필수적이다.
그러나 기존의 방식들은 홀추력기 내에서 복잡하게 일어나는 플라즈마 현상을 정밀하게 다루지 못하거나, 특정 조건에 한정돼, 성능 예측 정확도가 낮은 한계가 있었다.
연구팀은 홀추력기의 설계, 제작, 시험의 반복 작업에 걸리는 시간과 비용을 획기적으로 줄이는 인공지능을 기반으로 한 정확도가 높은 추력기 성능 예측기법을 개발했다.
2003년부터 국내에서 전기추력기 개발 연구를 처음으로 시작해 관련 연구개발을 주도하고 있는 최원호 교수팀은 자체적으로 개발한 전기추력기 전산 해석 도구를 활용해 생성한 18,000개의 홀추력기 학습데이터를 기반으로 인공신경망 앙상블 구조를 도입해 추력 성능 예측에 적용했다.
양질의 학습데이터를 확보하기 위해 개발된 전산 해석 도구는 플라즈마 물리 현상과 추력 성능을 모델링한다. 전산 해석 도구의 정확성은, 연구팀이 국내 최초로 개발한 10개의 홀추력기로 수행된 100여 개의 실험 데이터와 비교해 평균오차가 10% 이내로 정확도가 높은 것으로 검증됐다.
학습된 인공신경망 앙상블 모델은 홀추력기의 설계 변수에 따라 높은 정확도로 단지 수초 내로 짧은 시간 안에 추력기 성능을 예측할 수 있는 디지털트윈 모델로 작동한다.
특히 기존에 알려진 스케일링 법칙으로는 분석하기 어려웠던 연료 유량이나 자기장과 같은 설계 변수에 따른 추력과 방전전류와 같은 성능지표 변화를 상세히 분석할 수 있다.
연구팀은 이번에 개발한 인공신경망 모델이 자체 개발한 700W급 및 1kW급 홀추력기에서 평균오차 5% 이내, 미 공군연구소에서 개발한 5kW급 고전력 홀추력기에 대해 평균오차 9% 이내의 정확도를 보여주었다. 이번 연구로 개발한 인공지능 예측기법이 다양한 전력 크기의 홀추력기에 폭넓게 적용할 수 있는 것을 입증했다.
최원호 교수는 “연구팀에서 개발한 인공지능 기반 성능 예측기법은 정확도가 높아 인공위성과 우주선의 엔진인 홀추력기의 추력성능 분석과 고효율 저전력 홀추력기 개발에 이미 활용되고 있다. 이 인공지능 기법은 홀추력기 뿐만 아니라 반도체, 표면 처리 및 코팅 등 다양한 산업에서 활용되는 이온빔 소스의 연구개발에도 접목될 수 있다”라고 밝혔다.
또한, 최교수는 “연구팀의 실험실 창업기업으로 전기추진 전문기업인 코스모비㈜와 함께 인공지능 기법을 사용해 개발한 큐브위성용 홀추력기는 올해 11월에 예정된 누리호 4차 발사에서 3U(30x10x10 cm) 큐브위성인 K-HERO에 탑재돼 우주에서 성능 검증을 진행할 예정”이라고 설명했다.
원자력및양자공학과(우주탐사공학학제전공) 박재홍 박사과정 학생이 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제적으로 저명한 인공지능 다학제 학술지인 ‘어드밴스드 인텔리전트 시스템(Advanced Intelligent Systems)’에 2024년 12월 25일에 온라인 게재됐으며, 저널 표지논문(front cover)으로 채택돼 혁신성을 인정받았다.
이번 연구는 한국연구재단 스페이스파이오니어사업(200mN급 고추력 전기추진시스템 개발)의 지원을 받아 수행됐다.
(논문 제목: Predicting Performance of Hall Effect Ion Source Using Machine Learning, DOI: https://doi.org/10.1002/aisy.202400555)
2025.02.03 조회수 8195 -
한국전력기술㈜과 인재 육성 위한 MOU 체결
우리 대학은 29일(화) 본관 제 2 회의실에서 한국전력기술㈜(사장 김성암)과 '인적자원 역량 강화 및 원자력 기술정보 공유 상호 협력체제 구축'을 위한 협약을 체결했다. 앞으로 두 기관은 ▴인적자원 역량 강화 △▴학술행사·전문가 초빙 강연 등 관련분야의 인적자원 상호 지원 ▴연구·개발 과제의 공동 참여 ▴기술정보교류 ▴기술 공동협력에 필요한 제반 사항 등의 분야에서 상호협력하고 이를 통해, 원자력 인재 육성 및 기술정보 교류 기회를 창출하는 계기를 마련할 예정이다. 특히, 우리 대학 원자력및양자공학과에는 한국전력기술㈜의 수요를 반영한 원자력 전문기술 강좌와 소형원자로 기술 등 최신 연구개발 트렌드에 관한 교육 과정이 개설된다.
이날 열린 협약식에는 이광형 총장, 윤종일 원자력및양자공학과장, 임만성 국제협력처장 등 KAIST 관계자들과 김성암 사장, 김명로 원자로설계개발본부장, 설명실 원자로총괄기술처장, 김도현 유체계통설계실장, 김민규 기계설계실장, 이윤희 계측제어설계실장, 박석정 안전해석실장 등 한국전력기술㈜ 관계자들이 참석했다.
김성암 한국전력기술㈜ 사장은 "이번 협약을 통해 양 기관이 원자력 인재육성을 위한 협력과 최신 원자력 기술정보를 공유해 원자력 관련 기술개발에 대한 시너지를 창출하겠다"며 "앞으로 상호협력을 통한 원자력사업 발전을 위해 최선을 다하겠다"라고 전했다.이광형 KAIST 총장은 "KAIST의 우수한 교육 및 연구역량과 한국전력기술의 우수한 인적·물적 자원 교류를 통해, 대한민국을 넘어 전 세계 인류가 행복한 에너지를 만드는데 기여할 수 있기를 기대한다"라고 소감을 전했다.
2023.09.11 조회수 6250 -
3D프린팅 가능한 금속복합재 분말 개발
3D프린팅으로 제작이 어려웠던 금속복합재 분말을 개발해 우주항공, 자동차, 국방 등의 첨단소재 기술로 적용할 수 있게 되어 화제다. 기존 기술로 금속복합재용 분말을 제조할 때는 투입된 분말들이 파쇄되어 가치가 떨어지는 불규칙한 형상의 분말이 생산됐다. 하지만 연구팀이 개발한 기술은 세라믹, 고분자, 금속과 관계없이 이식할 수 있어, 다양한 분말 기반 첨단 산업(금속 3D 프린팅, 우주항공, 모빌리티용 첨단합금)에 모두 적용이 가능한 혁신적 분말 제조 기술이다.
우리 대학 원자력및양자공학과 류호진 교수 연구팀이 신소재 합금 및 금속복합재 개발에 필요한 고부가가치 분말을 생산하는 분말 표면 제어 및 강화 이식 기술*을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구에는 류호진 교수 연구팀과 한국원자력연구원(김재준 박사), 한국재료연구원(김정환 박사, 이동현 박사)이 참여했다.
※ 분말 표면 제어 및 강화 이식 기술: SMART – Surface Modification And Reinforcement Transplantation
류호진 교수 연구팀은 개발된 기술을 비구형 고강도 알루미늄 분말에 적용하여 고강도 알루미늄/탄화붕소 금속 복합재 분말의 강화재 첨가량을 자유롭게 제어한 후 3D 프린팅을 수행했다. 이렇게 3D 프린팅된 복합재는 기존 소재 대비 90% 향상된 강도를 가지는 것으로 확인돼 연구팀은 자유로운 형상의 적층 제조가 가능한 고성능 복합재를 제조할 수 있음을 실증했다.
개발된 기술을 이용한 3D 프린팅용 알루미늄 금속 복합재 개발 연구는 자동차, 무인기 등의 경량 모빌리티, 항공우주 및 국방 산업 등에 대한 활용성을 인정받아 생산제조 분야 상위 1% 저널인 ‘적층 제조(Additive Manufacturing)’에 게재됐다.
류호진 교수는 “향후 사용후핵연료 저장 소재, SMR 원자로 부품, 핵융합 대면재 및 구조재 등의 연구에, 이번에 개발된 기술이 활용되면, 적층제조 기술을 통한 첨단 에너지 소재부품 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
류호진 교수 연구팀은 개발된 분말 기술에 대한 국내 특허 등록을 마치고 미국 특허를 출원했으며 이를 기반으로 산업체로의 기술 이전을 진행 중이다. 연구팀은 향후 기능성 분말의 정밀 제어 기술을 고도화하고, 기업과의 산학 협력을 통해 양산 기술을 개발해 적층 제조용 신합금 및 분말 복합화 장비의 상용화도 추진할 예정이다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 중견연구자연구사업과 포항공대 헤테로제닉 금속적층제조 소재부품 연구센터의 지원으로 수행됐으며, 적층 제조 실증은 하나에이엠티(주)의 지원으로 수행됐다.
2023.06.13 조회수 9581 -
3D 프린터로 차세대 소형원전 안전성 높이는 기술 나왔다
우리 대학 원자력및양자공학과 류호진 교수 연구팀이 금속 3D 프린팅을 활용해 소형모듈원자로(SMR) 안전성을 더욱 높일 수 있는 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. SMR은 발전용량이 300메가와트(㎿) 수준인 소형 원자력발전소로 기존 원전보다 훨씬 좁은 땅에서 비슷한 수준의 전기를 생산할 수 있는 차세대 기술이다. 한국원자력연구원은 강석훈 재료안전기술개발부 책임연구원팀과 금속 분말 소재 전문 제조 기업인 하나에이엠티도 개발에 참여했다.
3D 프린팅 기술을 이용하면 원자로와 같이 구조가 복잡하면서 정밀한 가공이 요구되는 부품을 이음새 없이 설계‧제조할 수 있다. 원재료를 별도로 가공처리하지 않아고 되고 재료 손실도 거의 없어 비용을 아낄 수 있다는 장점도 있다. 때문에 최근 원전 부품 제조업에서 3D 프린팅 기술이 각광받는 추세다.
연구팀이 개발한 것은 SMR 압력용기 소재를 만들 수 있는 3D 프린팅 전용 금속 분말이다. 원자로 압력용기는 원자로 격납 건물 내부 정중앙에 위치한 핵심 구조물로 안에는 핵 연료봉이 들어간다. 압력용기가 튼튼하게 만들어져야 그 안에서 핵분열이 안전하게 일어나면서 전기 생산이 가능하다는 것이다.
원자로 압력용기는 탄소 함량이 높은 소재로 돼있어 3D 프린팅용 미세 분말로 만들기가 어려웠다. 탄소 함량이 높은 소재는 분말로 만드는 과정에서 쉽게 산화되고 유동성이 낮아 3D 프린터에서 분말을 분사하는 노즐을 통과하기 어렵기 때문이다.
이에 연구팀은 수십 마이크로미터(㎛) 크기의 3D 프린팅용 미세 분말을 제조했다. 여기에 분말을 방사하는 노즐을 소용돌이 형태로 만들어 분사 중에 분말 크기를 미세하게 제어할 수 있도록 해 유동성도 개선했다. 이후 3D 프린팅 방식의 빔 에너지, 스캔 속도, 열의 양을 조절해 충격 흡수율이 우수한 소재를 만드는 최적의 공정 조건을 만들었다.
연구팀은 영하 196도 저온에서 영상 80도 고온까지 다양한 환경에서 3D 프린터로 만든 압력용기용 소재와 기존 압력용기용 소재의 충격 흡수율을 비교했다. 기존 소재는 영하 75도 부근에서 쪼개지는 걸 발견했으나 3D 프린터로 만든 소재는 영하 145도까지 버틸 수 있었다. 금속이 깨지기 쉬운 극한의 저온 환경에서도 충격을 잘 흡수한 것이라고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 앞으로 3D 프린팅 기반 제조 기술 표준화와 규제기관 인허가 획득에 힘쓸 계획이다. 주한규 한국원자력연구원장은 “이번에 개발한 3D 프린팅용 분말 소재는 향후 SMR은 물론 높은 안전성이 요구되는 각종 원자로 부품 제작에도 널리 활용될 것이라 기대한다”고 말했다.
2023.01.27 조회수 9196 -
최원호 교수 연구팀, 2022년 큐브위성 경연대회 기초위성분야 최종 선정
우리 대학 원자력및양자공학과 최원호 교수 연구팀이 한국항공우주연구원이 주관한 ‘2022 큐브위성 경연대회’에서 기초위성분야에 최종 선정됐다고 19일 밝혔다. 특히 이번 대회에서 항공우주공학과 윤효상 교수 연구팀도 함께 선정되어 KAIST는 복수의 팀이 선정되는 쾌거를 이뤘다.
이번 대회 선정팀은 큐브위성 개발비용(기초위성 3억원/고급위성 7.5억원)과 발사 기회(누리호 4차 발사, 2025년 예정)를 제공받게 되며 항우연으로부터 위성 설계 검토, 우주환경시험 등 큐브위성 제작에 필요한 각종 기술을 지원받게 된다.
최 교수 연구팀이 개발하는 위성의 이름은 K-HERO(KAIST Hall Effect Rocket Orbiter)로 초소형위성용 홀추력기의 궤도 검증을 목표로 한다. 홀추력기는 위성 전기추력기의 일종으로 궤도 조정, 군집비행 등의 위성 기동에 필수적인 기술이다.
최 교수 연구팀은 지난 20여 년간 약 20여 종의 홀추력기(50-2,000 W급) 연구개발을 수행하며 국내 전기추력기 연구를 선도하고 있다. 특히 최 교수 연구팀이 개발한 10 mN급 홀추력기는 2013년 발사된 과학기술위성 3호에 탑재되어 임무를 수행한 바 있다.
연구팀은 이번 임무를 통해 큐브위성용 홀추력기의 상용화에 성공한다면 전 세계적으로 증가하고 있는 큐브위성용 추력기 수요에 대응할 수 있을 것이며 국내 큐브위성 업계의 경쟁력 제고에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다고 밝혔다.
2022.12.20 조회수 8160 -
NEREC, 2022 국제 핵비확산학회 개최
우리 대학 핵비확산교육연구센터(센터장 임만성)가 주관하는 '2022 국제 핵비확산학회'가 다음 달 2일부터 이틀간 세종연구소 대회의실에서 개최된다. '국제핵비확산학회'는 국제 원자력계의 변화와 그에 따른 핵비확산 동향을 논의하고 원자력의 평화로운 사용을 도모하는 자리다. 9회째를 맞은 올해는 세종연구소(소장 이상현)와 공동 주최하며, 우크라이나와의 전쟁으로 드러난 러시아의 에너지 무기화 등 세계적인 화두로 떠오른 에너지 안보와 원자력의 관계를 조명할 예정이다. 대통령 외교안보 특별보좌관을 역임했던 문정인 세종연구소 이사장이 축사하고 스티븐 밀러(Steven E. Miller) 미 하버드대 케네디스쿨 국제안보프로그램 국장이 기조연설을 맡는다. 또한, 국제안보및협력센터(CISAC) 센터장 및 미 국방부 합참의장 특별보좌관을 역임했던 스캇 세이건(Scott D. Sagan) 스탠포드대 석좌교수, 원자력과 핵 안보 분야에 세계적인 권위자인 매튜 번(Matthew Bunn) 하버드대 케네디스쿨 교수 등이 주제 발표자로 나선다.
이번 학회에서는 ▴러시아-우크라이나 전쟁이 세계 원자력 거버넌스 변화에 미치는 영향 ▴우크라이나 전쟁으로 인해 세계적으로 불안해진 에너지 안보를 확보하기 위한 원자력의 역할 ▴핵확산금지조약(NPT)으로 대표되는 글로벌 핵비확산체제의 현황과 전망 ▴북한의 비핵화와 더불어 북한의 점증하는 핵 위협 억제라는 이중고의 해결 방안 ▴소형모듈원자로(SMR)와 같은 혁신 기술이 이끌어갈 원자력의 미래 등 총 다섯 가지 주제를 다룬다.
이를 위해 6개국 21개 대학 및 연구소에 소속되어 있는 세계적인 석학과 전문가 29명을 연사로 초청한다. 한국에서는 KAIST와 한국원자력연구원, 한국원자력통제기술원, 세종연구소, 국립외교원 등이 참여하고 미국의 하버드대, 스탠퍼드대, 카네기국제평화재단, 국제전략문제연구소, 아르곤국립연구소와 아이다호국립연구소, 오스트리아 비엔나에 소재한 국제원자력기구(IAEA) 및 포괄적핵실험금지조약기구(CTBTO) 등 해외 핵정책 및 원자력기술 기관의 관계자들도 온·오프라인으로 발표와 토론에 참여한다.
또한, 행사 둘째 날인 3일에 오전에는 빅터 차(Victor Cha) 미 국제전략문제연구소(CSIS) 한국석좌와 전봉근 국립외교원 외교안보연구소 교수의 특별 대담이 진행된다. 북한이 7차 핵실험 준비를 사실상 마쳤다고 평가받는 상황에서 한국과 국제사회에 필요한 선제적인 대응 전략을 논의할 예정이다.
한편, 세계 핵비확산의 미래를 짊어질 차세대 전문가들도 이번 학회에 초청됐다. 핵확산금지조약(NPT)이 발효된 지 반세기가 지난 시점에서 글로벌 핵비확산체제의 발전 방향에 관한 창의적인 제안을 공유하는 자리도 마련된다.
행사를 총괄한 임만성 KAIST 핵비확산교육연구센터장은 “전 세계가 우크라이나 전쟁과 코로나-19 감염병으로 인해 전례 없는 변화를 목도하는 가운데 원자력 기술의 사용을 둘러싼 기술 혁신, 핵비확산 및 북핵문제의 도전은 변함없이 지속되고 있다”라고 설명했다. 임 센터장은 이어 “국제 관계가 재편성되는 흐름 가운데 에너지 안보와 지속 가능한 발전, 핵문제를 둘러싼 우려를 해결하는 방안을 함께 찾아가는 계기가 되길 바란다”라고 전했다. 국제학회의 특성상 영어로 진행되는 이번 행사는 8월 2일 오전 9시부터 유튜브 'KAIST NEREC' 채널에서 이틀간 실시간 중계된다.
2022.07.26 조회수 11544