💡 Boat 규격: 직경 10 mm × 높이 8 mm 알루미늄 용기, 별도 Collector 플레이트 필요
VACUUM THERMAL CYCLING
진공 열사이클
우주 환경에서 온도 변화에 대한 내구성을 평가합니다. LEO 궤도에서 위성은 90분 주기로 일조/음영 구간을 반복하며 극한의 열충격을 받습니다.
평가 목적
반복적인 온도 변화에 의한 재료 피로, 접합부 박리, 크랙 발생 여부를 평가하여 장기 임무 수행 가능성을 검증합니다.
시험 조건
적용 표준ECSS-E-ST-10-03A
온도 범위1단계 −50 ~ +150°C 2단계 −100 ~ +150°C
변화율5°C/min
사이클 수12사이클 이상
진공도≤ 10⁻⁴ torr
평가 순서 — 3단계
1
시편 초기 물성 측정
치수, 외관, 기계적 특성 기록
2
열사이클 실험 수행
−50~+150°C → −100~+150°C, 12사이클
3
사이클 후 물성측정
크랙·박리·치수변화·물성 분석
1단계
−50°C+150°C
2단계
−100°C+150°C
물성변화율(%) = [ (초기물성값 − 최종물성값) / 초기물성값 ] × 100
📐
시편 제작 가이드
ECSS-E-ST-10-03A 기준
시료 형상판재 (구조재·접착 접합부 포함 가능)
권장 치수100 × 100 mm 또는 50 × 50 mm, 두께 1 ~ 5 mm
표면 조도Ra ≤ 1.6 μm (측면 절단면 마감 처리)
수량각 조건별 3개 이상 (통계적 신뢰성 확보)
💡 복합재 시편은 적층 방향(0°/90°)을 표기하고 시편 번호를 측면에 마킹할 것
RADIATION RESISTANCE
내방사선
우주방사선 하 복합체 영향평가를 목적으로 합니다. 양성자선, 중성자선, 베타선 각 방사선원에 대한 복합재의 내성과 물성 변화를 종합 평가합니다. 복합환경평가는 양성자선으로 한정합니다.
조사 방사선 종류 및 선원
🔵
양성자선
원자력연 양성자가속기 (빔타임: 12월 협의예정)
🟢
중성자선
원자력연 하나로 중성자시설 (10월 14일 가동예정)
🟡
베타선
이비테크, 표준연, 원자력연 (베타선 조사시설)
조사선량 설정
산정 근거저궤도연가산량(−2 kGy) × 계획수명(5년) = ~10 kGy
조사선량
1 kGy
10 kGy
20 kGy
단계 수3단계 조사
평가 순서 — 3단계
1
시편 초기 물성 측정
기계적 물성, FT-IR, XPS, DSC, free volume 측정
2
방사선 조사 실험 수행
양성자·중성자·베타선, 1 / 10 / 20 kGy
3
실험 후 물성 및 free volume 측정
물성변화율 산출 및 판정
물성변화율(%) = [ (초기물성값 − 최종물성값) / 초기물성값 ] × 100
📐
시편 제작 가이드
방사선 기초 영향평가 · JIS 인장시험 규격 1/10
시료 형상판재 혹은 Mini dog-bone 형태
판상 두께1 mm (향후 dog-bone punching 가능 크기)
Dog-boneJIS 인장시험 규격 1/10, 대략 0.3 g/개
시편 구성방사선 3종 × 조사량 3 + 비조사/예비 2 = 총 11개 (3.3 g)
💡 열중성자 조사용 캡슐(Rabbit): 높이 60 mm × 내경 20 mm
POST-EXPOSURE PROPERTY EVALUATION
환경 노출후 물성평가
전자빔 조사 이후 사후 물성 변화를 분석합니다. 화학·미세구조(FT-IR, XRD, SAXS), 열화학 거동(TGA, DSC), 기계적 물성(DMA, 압축/굽힘)을 종합적으로 평가하여 환경 노출이 복합재료에 미치는 영향을 정량화합니다.
⚡
에너지 범위
80 keV ~ 10 MeV
📉
저선량 영역
10 ~ 1,000 mGy
📈
고선량 영역
1 ~ 10 kGy
🌡️
온도 조건
실온 (상온 실험)
평가 목적
전자빔 조사 전후의 화학·미세구조 및 기계적 물성 변화를 정량 분석합니다. 고분자 복합재의 가교·사슬 절단 반응 거동을 선량별로 체계적으로 평가합니다.
조사 조건
에너지80 keV ~ 10 MeV
조사선량1 kGy · 10 kGy · 20 kGy (저선량 10~1,000 mGy 포함)
온도 조건실온 (상온 실험)
분석 항목FT-IR · XRD · SAXS TGA · DSC · DMA
평가 항목 — 3개 분석 영역
01
화학·미세구조 분석
👁️외관 검사
색상 변화, 형상 변화 관찰
🔴FT-IR
주요 피크 유지 및 신규 생성 관찰
📡XRD
가교 반응 및 사슬 절단 여부 확인
🔬SAXS
미세 구조 변화 관찰
02
열화학·미세구조 분석
🌡️TGA
분해 구간 및 질량 변화 비교
📊DSC
흡·발열 피크 위치 및 세기 관찰
열적 안정성 변화 및 상전이 거동을 전자빔 조사 전후로 정량 비교하여 수지 네트워크 변화를 추적합니다.
03
기계적 물성측정
🔧DMA
유리전이온도, 저장·손실 탄성률 변화 관찰
💪압축 / 굽힘 시험
강도 및 탄성계수 변화 관찰
전자빔 가교 vs. 사슬 절단 경쟁 반응에 의한 기계적 물성 변화 경향을 선량별로 정량화합니다.
🛸
우주 환경 모사 방사선 조사 실험 조건
Image 2 기준 — 양성자빔과 전자빔의 통합 조사 계획
⚡ 전자빔 (Electron Beam)
에너지 범위80 keV ~ 10 MeV
저선량10 ~ 1,000 mGy
고선량1 ~ 10 kGy
온도 조건실온 (상온 실험실)
비교 기준X-선, 중성자와 동일 방사선량
🔵 양성자빔 (비교 참조)
에너지100 MeV
저선량10 ~ 1,000 mGy
고선량1 ~ 10 kGy
온도 조건열진공 챔버 −50°C ~ +150°C
대상CFRP 시편 체계적 조사
📐
시편 제작 가이드
환경 노출후 물성평가 기준 · 전자빔 조사 대응 규격
시편 형상판재 또는 필름 (평탄도 ±10 μm 이하 권장)
시편 두께에너지별 상이 — 80 keV: 수십 μm 이하 / 1 MeV: ~1 mm / 10 MeV: ~수 cm
시편 크기50 × 50 mm (기계적 물성용) / 25 × 25 mm (분광 분석용)
수량조사 조건별 3개 이상 + 비조사 기준 시편 1개
표면 처리IPA 세척 후 탈지, 질소 블로잉 건조, 클린룸 보관
초기 물성 측정조사 전 FT-IR, XRD, DMA, 인장/압축 강도 기준값 확보 필수
💡 시편 두께는 에너지 설정 전 반드시 확인하세요. 에너지가 높을수록 두꺼운 시편도 관통 가능하며, 너무 얇으면 전자빔이 완전 투과되어 유효 조사가 이루어지지 않습니다.
COMBINED ENVIRONMENT ASSESSMENT
복합환경평가
우주 궤도 환경 하에서 열진공과 양성자선의 복합 작용에 의한 복합재 영향 평가를 목적으로 합니다. 복합환경평가는 양성자선으로 한정하며(중성자선·베타선 제외), 단독 환경 평가로는 재현할 수 없는 시너지 열화 현상을 정량 분석합니다.
평가 목적
열진공과 양성자선의 복합 작용에 의한 복합재 시너지 열화를 정량 분석합니다. 단독 환경 평가로는 재현 불가능한 복합 열화 현상을 지상에서 구현합니다.
적용 표준
열진공
표준 ECSS-E-ST-10-03A
진공도 ≤ 10⁻⁵ torr · 온도 125°C
변화율 5°C/min · 12사이클 이상
방사선
선원 양성자선 1 MeV
선량 1 · 10 · 20 kGy · 복합 동시 수행
01
📊
시편 초기 물성 측정
기계적 물성, FT-IR, XPS, DSC 및 free volume 측정으로 기준값 확보
02
🔬
복합 환경 실험 수행
열진공 챔버(≤ 10⁻⁵ torr, 125°C) + 양성자선 조사(1 MeV, 1~20 kGy) 동시 수행
03
📈
사이클 후 물성측정
물성변화율(%) 산출 및 단독 환경 대비 복합 시너지 효과 정량 분석
열진공 조건
진공도: ≤ 10⁻⁵ torr
온도: 125°C 고온 유지
온도 변화율: 5°C/min, 12사이클 이상
방사선 조사 조건
방사선원: 양성자선· 중성자선·베타선 미적용
에너지: 양성자 에너지 1 MeV
조사선량: 1 kGy · 10 kGy · 20 kGy
🔵
양성자선
원자력연 양성자가속기 (빔타임)
태양 양성자 이벤트 재현. CFRP 수지부 TID 및 기계적 물성 저하 평가. 복합환경평가 단독 적용 방사선.
1 kGy10 kGy20 kGy
물성변화율(%) = [ (초기물성값 − 최종물성값) / 초기물성값 ] × 100
📐
시편 제작 가이드
열진공 + 방사선 복합 시험 기준
시편 형상판재 + Mini dog-bone (JIS 인장시험 규격 1/10)
판상 두께1 mm (dog-bone punching 대응 크기)
시편 구성방사선 3종 × 조사량 3 + 비조사/예비 2 = 총 11개 (3.3 g)
물성 측정기계적 물성, FT-IR, XPS, DSC, free volume
💡 캡슐(Rabbit) 규격: 높이 60 mm × 내경 20 mm. 열중성자 조사 시편 수납 전용.
EVALUATION DESIGN
평가 설계
단계별 선택을 통해 최적화된 우주환경 평가 프로세스를 직접 설계하세요.
01궤도 선택
02환경 인자
03평가 항목
04기관 탐색
✓결과 요약
STEP 01
타겟 궤도를 선택하세요
위성 또는 부품이 운용될 궤도 환경을 선택합니다. 이후 모든 평가 항목과 기관 추천의 기반이 됩니다.
LOW EARTH ORBIT
저궤도 (LEO)
400 ~ 2,000 km
🌡️ 극한 열 사이클 (−160°C ~ +120°C)
⚛️ 고농도 원자산소 (AO)
☀️ UV / 진공자외선 노출
💧 수분흡수·기체방출 평가 필수
MEDIUM EARTH ORBIT
중궤도 (MEO)
2,000 ~ 35,786 km
☢️ 밴앨런대 고에너지 전자·양성자
🔴 TID / SEE 손상 극심
🌡️ 장기 열 사이클 누적
🛡️ 내방사선 설계 핵심 궤도
GEOSTATIONARY ORBIT
정지궤도 (GEO)
35,786 km
🌞 태양풍·SEP 직접 노출
🌌 은하 우주선(GCR) 충돌
⚡ 표면 대전 / 심부 충전
⏱️ 장기 임무 (15~20년)
5년
임무 수명에 따라 누적 방사선량 및 열 사이클 횟수 기준이 달라집니다.
STEP 02
우주환경 인자를 확인하세요
선택된 궤도에서 재료·부품에 영향을 미치는 환경 인자입니다. 평가에 포함할 인자를 선택하세요.
STEP 03
평가 항목을 선택하세요
선택된 환경 인자에 대응하는 평가 기법입니다. 추천 뱃지가 표시된 항목은 선택 궤도에 특히 적합한 기법입니다 (복수 선택 가능).
STEP 04
분석 기관을 탐색하세요
선택하신 평가 항목을 수행할 수 있는 추천 기관 목록입니다. 기관을 선택하면 상세 정보를 확인할 수 있습니다.
COMPLETE
평가 설계가 완료되었습니다
아래 요약 내용을 바탕으로 우주환경 평가 계획서를 작성하실 수 있습니다.
SURFACE DURABILITY ASSESSMENT
우주환경 표면 내구성 평가
LEO 궤도 환경에서 재료 표면에 가해지는 자외선(UV)과 원자산소(AO)의 복합 작용에 의한 표면 열화를 체계적으로 평가합니다.
01
☀️
UV 내성
ECSS-Q-ST-70-06
02
⚛️
AO 내성
ASTM E2089
ULTRAVIOLET RESISTANCE
UV 내성
태양 자외선(UV) 및 진공자외선(VUV)에 의한 고분자 재료의 광화학적 분해와 표면 열화를 평가합니다. LEO 궤도에서 위성은 차폐 없이 태양 UV에 직접 노출되며, 이는 재료 황변, 취화, 광학적 특성 변화의 주원인입니다.
적용 궤도
LEO / GEO
주요 파장
115 ~ 400 nm
적용 표준
ECSS-Q-ST-70-06
시험 환경
진공 / 대기 선택
평가 개요
평가 목적
LEO 및 GEO 궤도에서 태양 자외선에 노출되는 재료의 광학적 특성 변화(투과율, 반사율), 기계적 특성 변화(인장강도, 파단신율), 표면 형태 변화를 정량 평가합니다.
평가 원리
Xe 아크램프 또는 중수소 램프를 이용해 태양 UV 스펙트럼을 재현하고, 진공 챔버 내에서 재료에 조사합니다. 조사 전·후 분광 특성과 기계적 물성을 비교 분석합니다.
시편 준비 가이드
재료 분류치수 규격두께수량
POLYMER FILM고분자 필름류
Kapton, PTFE, Mylar, 에폭시 등
50 × 50 mm
광학 측정용 기준
0.05 ~ 0.5 mm
필름 자체 두께 적용
3개 이상
통계 신뢰성 확보
COMPOSITE복합재료
CFRP, GFRP, 허니컴 패널 등
50 × 50 mm
또는 25 × 100 mm (기계적 특성)
1 ~ 5 mm
적층 구성에 따름
5개 이상
기계·광학 분리 측정
COATING / PAINT열제어 코팅류
태양전지 커버 글라스, 흑체 코팅
25 × 25 mm
분광 광도계 측정용
코팅 포함 기준
기판 포함 1~3 mm
3개 이상
Reference 1개 포함
OPTICAL COMPONENT광학 부품류
렌즈, 필터, 광섬유 등
실 부품 규격
제품 규격 그대로 적용
부품 규격 따름
–
2개 이상
1개는 기준 시편
전처리 단계별 절차
1
시편 세척 및 탈지
이소프로필알코올(IPA) 또는 아세톤으로 표면 이물질과 유지(油脂)를 완전히 제거합니다. 흡착식 클린룸 장갑 착용 필수이며, 표면 직접 접촉을 금지합니다.
IPA 닦기 → 질소 블로잉 → 현미경 표면 확인 (먼지·지문·스크래치 없어야 함)
2
초기 물성 측정 (기준값 확보)
시험 전 광학 특성(태양흡수율 αs, 열방사율 ε, 투과율 T)과 기계적 특성(인장강도, 파단신율)을 측정하여 기준값(Baseline)으로 기록합니다.
분광광도계 측정 범위: 250~2,500 nm · CIE 표준광원 D65 기준 · 측정 반복: 3회 평균
3
건조 처리 및 중량 기록
50 ± 3°C 오븐에서 24시간 건조 후 데시케이터에서 냉각합니다. 0.1 mg 정밀 저울로 건조 중량을 측정하고 기록합니다. 시편 식별 번호를 측면에 마킹합니다.
건조 완료 후 30분 이내 중량 측정 · 동일 조건 3회 반복 측정 · 편차 ≤ 0.5 mg
4
시험 전 보관 조건
세척·측정 완료된 시편은 개별 폴리에틸렌(PE) 백에 질소 치환 밀봉하여 보관합니다. 클린룸(ISO Class 7 이상) 보관을 권장하며, 대기 노출 최소화가 중요합니다.
보관 온도: 20 ± 5°C · 습도: RH ≤ 40% · 최대 보관 기간: 72시간 이내
⚠️
주의사항: Kapton, 에폭시 등 흡습성 재료는 측정 직전까지 진공 또는 질소 분위기 보관이 필수입니다. UV 조사 전 수분 함량 편차가 광학 측정값에 영향을 미칠 수 있습니다.
평가 절차
1
챔버 설치
시편을 UV 광원 수직 방향으로 고정, 조사 거리 설정
2
진공 형성
10⁻⁵ Torr 이하 진공 또는 N₂ 퍼지 환경 구성
3
UV 조사
규정 누적 선량까지 Xe램프 조사 (LEO 1년 = 1,000 ESH)
4
사후 분석
광학·기계적 특성 재측정 및 변화율 산출
LEO 1년 등가 UV 조사량: 약 1,000 ESH (Equivalent Sun Hour) · 가속 시험: 최대 5,000 ESH
판정 기준
평가 항목
측정 방법
합격 기준
주의 기준
불합격 기준
태양흡수율 변화 (Δαs)
분광광도계 (250–2,500 nm)
PASS ≤ 0.05
WARN 0.05–0.10
FAIL > 0.10
열방사율 변화 (Δε)
FTIR 반사율 측정
PASS ≤ 0.05
WARN 0.05–0.10
FAIL > 0.10
인장강도 유지율
만능시험기 (ASTM D638)
PASS ≥ 80%
WARN 70–80%
FAIL < 70%
황변 지수 (YI)
색도계 (ASTM E313)
PASS ΔYI ≤ 5
WARN ΔYI 5–15
FAIL ΔYI > 15
표면 균열/박리
광학현미경 × 100
PASS 없음
WARN 미세 균열
FAIL 박리 발생
ATOMIC OXYGEN RESISTANCE
원자산소(AO) 내성
LEO 궤도 고도 200~700km 구간에서 자외선에 의해 분해된 고반응성 원자산소(Atomic Oxygen)가 재료 표면을 산화·침식합니다. 이 평가는 재료의 AO 내성을 정량화하여 LEO 장기 임무 생존성을 검증합니다.
적용 궤도
LEO (200~700 km)
AO 플럭스
~10¹⁵ atoms/cm²/s
적용 표준
ASTM E2089 / JAXA
기준 재료
Kapton H (폴리이미드)
평가 개요
평가 목적
LEO 궤도에서의 원자산소 노출에 의한 시료의 침식 특성을 정량 평가합니다. 반응성 침식 계수(Ks)를 산출하여 임무 수명 동안의 질량 손실과 두께 감소를 예측합니다.
평가 원리
RF 플라즈마 소스 또는 레이저 탈착(LIAD) 방식으로 원자산소 빔을 생성합니다. Kapton H 기준 시편과 함께 동시 노출하여 플럭스를 교정하고, 시료의 반응성 침식 계수(Ks)를 산출합니다.
반응성 침식 계수 (Ks) 정의
Ks [cm³/atom] = 단위 원자산소 플럭스당 재료가 침식되는 부피를 나타내며, 재료별 AO 저항성의 핵심 지표입니다. Kapton H의 Ks = 3.0 × 10⁻²⁴ cm³/atom을 기준값으로 사용합니다.
시험 환경 조건
진공도 10⁻⁵ Torr 이하, 원자산소 에너지 5 eV (LEO 등가), 시편 온도 −20°C ~ +50°C (임무 조건 반영). 시험 중 UV 복합 노출 옵션 적용 가능합니다.
시편 준비 가이드
재료 분류 / 적용 예권장 치수두께 / 형상특이 요구사항
POLYIMIDE FILM폴리이미드 필름
Kapton H/HN, Upilex, 열제어 MLI 등
25 × 25 mm
또는 Φ25 mm 원형
25 ~ 125 μm
평탄도 ±5 μm 이하
Kapton H 기준 시편 동시 배치 필수
플럭스 교정용
COMPOSITE SURFACE복합재 표면층
CFRP 표면, 에폭시 수지, 페놀릭 수지
25 × 25 mm
표면층 포함 제작
2 ~ 5 mm
표면 조도 Ra ≤ 0.4 μm
절단면 에폭시 코팅 후 경화 완료 확인
측면 산화 방지
PROTECTIVE COATINGAO 보호 코팅 재료
SiO₂, Al₂O₃, ITO, ALD 코팅 등
25 × 25 mm
기판 포함
코팅 두께 50 nm ~ 5 μm
TEM/SEM 단면 측정
코팅 핀홀(Pinhole) 밀도 측정 선행
핀홀 밀도 < 10/cm²
SOLAR CELL COVER태양전지 커버글라스 / 접착제
Silicone, DC 93-500, RTV 계열
25 × 25 mm
실제 적층 구성 재현
0.1 ~ 2 mm
경화 사이클 완료 후 사용
경화 완료 후 72시간 이상 안정화 필요
탈가스 완료 확인
시편 전처리 단계별 절차
1
치수 및 표면 형상 측정
마이크로미터 또는 레이저 프로파일로미터로 시편 두께와 표면 조도를 측정·기록합니다. AO 침식 깊이 측정의 기준선(Baseline Profile)을 3D 표면 스캔으로 획득합니다.
두께 측정 5점법 (중앙 + 4 모서리) · 표면 조도 Ra, Rz 측정 · 3D 프로파일 스캔 저장
2
정밀 세척 및 건조
초음파 세척조에서 IPA로 5분 세척 후 탈이온수(DI water)로 헹굽니다. 질소 블로잉 건조 후 50°C에서 2시간 이상 건조하여 표면 수분을 완전히 제거합니다.
초음파 세척: 40 kHz, 5분 · DI water 헹굼 3회 · 건조 완료: 중량 변화 ≤ 0.1 mg/10분
3
초기 질량 정밀 측정
0.01 mg 분해능 정밀 저울을 사용하여 시편 초기 질량을 측정합니다. 동일 조건에서 3회 반복 측정하여 평균값을 기준 질량(M₀)으로 확정합니다.
저울 분해능: 0.01 mg 이상 · 측정 횟수: 3회 · 허용 편차: SD ≤ 0.05 mg
4
마스킹 및 레퍼런스 영역 설정
시편 일부를 알루미늄 호일 또는 금속 마스크로 차폐하여 AO 비노출 기준 영역(Reference Area)을 확보합니다. 노출 후 침식 깊이의 절대 측정 기준으로 활용됩니다.
마스크 두께 ≥ 0.1 mm Al · 마스크 면적: 시편의 10~20% · 진공 압착으로 틈 없이 밀착
5
Kapton H 기준 시편 동시 준비
모든 AO 시험에는 반드시 Kapton H 기준 시편을 동일 위치에 배치합니다. 기준 시편의 질량 손실로부터 실제 AO 플럭스를 역산(Back-calculation)하여 시험 플럭스를 검증합니다.
Kapton H Ks = 3.0 × 10⁻²⁴ cm³/atom (ASTM E2089 기준) · 기준 시편 수량: 2개 이상
⚠️
취급 주의: AO 시험 시편은 손가락의 유기 오염물(피지 등)에 매우 민감합니다. 클린룸 등급 장갑 착용 필수이며, 표면 접촉 후 재세척이 필요합니다. 실리콘 계열 재료는 AO 노출 시 SiO₂ 보호막 형성 거동이 나타나므로 해석 시 주의가 필요합니다.
평가 절차
1
챔버 배치
시편·Kapton 기준 시편 동시 배치, 법선 방향 정렬
2
AO 빔 생성
RF 플라즈마 소스로 5 eV AO 빔 생성, 플럭스 교정
3
규정 플럭스 조사
목표 누적 플럭스까지 노출 (LEO 1년 = ~1020 atoms/cm²)
4
사후 분석
질량 손실, 침식 깊이, SEM 표면 분석, Ks 산출
Ks [cm³/atom] = ΔM / (ρ × A × F) | F: 누적 AO 플럭스 [atoms/cm²] · ρ: 밀도 [g/cm³] · A: 노출 면적 [cm²]
재료별 판정 기준 및 분류
재료 분류
Ks 값 범위 (cm³/atom)
내AO성 등급
LEO 권장 임무 수명
비고
무기 코팅 (SiO₂, Al₂O₃)
< 1.0 × 10⁻²⁶
PASS — 우수
15년 이상
ALD/PVD 코팅 권장
Kapton HN (기준)
3.0 × 10⁻²⁴
REFERENCE
5년 (보호 필요)
ASTM E2089 기준값
PTFE / Teflon
3.7 × 10⁻²⁴
WARN — 보통
3~5년
표면 보호 코팅 검토
에폭시 수지 (미처리)
1.7 × 10⁻²³
FAIL — 취약
1년 미만
보호 코팅 필수
탄소/그래파이트 계열
2.7 × 10⁻²³
FAIL — 취약
1년 미만
CFRP 표면층 특히 주의
실리콘 수지 (RTV)
자기치유 특성 (SiO₂ 형성)
PASS — 조건부
5~10년
SiO₂ 보호막 형성 조건 확인
💡
설계 지침: LEO 5년 이상 임무에서 노출 표면에 에폭시 또는 CFRP를 직접 사용하는 것은 권장되지 않습니다. SiO₂ ALD 코팅(두께 ≥ 100 nm) 또는 Kapton HN 오버레이 적용 시 Ks를 2~3 오더 낮출 수 있습니다.
SPACE RADIATION SIMULATION TOOLS
우주환경 시뮬레이션 도구
우주방사선 수송 및 궤도 환경 예측에 활용되는 대표적인 시뮬레이션 툴을 소개합니다. 지상 시험 설계 전 수치 해석을 통한 조사 조건 사전 검토에 활용할 수 있습니다.
🔬
지상 시험 전 수치 예측
실제 조사 실험 전 시뮬레이션으로 조사 조건·선량 사전 검토
🛰️
궤도 환경 정량 모델링
LEO / MEO / GEO 각 궤도의 방사선·입자 환경 수치 모델 제공
📊
재료·부품 영향 예측
TID / NIEL / DDD 등 방사선 손상 지표 사전 계산
TOOL 01
PHITS
Particle and Heavy Ion Transport code System
개발기관: JAEA (일본 원자력기구) · RIST · KEK 공동 개발
몬테카를로입자 수송우주방사선무료 (등록 필요)
개요
PHITS(Particle and Heavy Ion Transport code System)는 일본 원자력기구(JAEA)가 주도하여 개발한 범용 몬테카를로 입자 수송 코드입니다. 양성자, 중성자, 전자, 광자, 중이온(heavy ion) 등 다양한 입자의 물질 내 수송과 핵반응을 3차원으로 시뮬레이션할 수 있어, 우주방사선 환경에서 위성 재료·부품의 선량 및 손상을 사전 예측하는 데 널리 활용됩니다.
주요 기능
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다종 입자 수송
양성자 · 중성자 · 전자 · 광자 · 중이온 · 파이온 등 250종 이상의 입자 수송 지원
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3D 복잡 구조 모델링
다층 복합재 · 위성 버스 · 전자 부품 어셈블리의 3차원 기하 구조 정의 및 시뮬레이션
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선량 분포 계산
TID (Total Ionizing Dose), NIEL (Non-Ionizing Energy Loss), DDD (Displacement Damage Dose) 계산
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핵반응 모델
INCL, JAM, JQMD 등 다양한 핵반응 모델 내장. 고에너지 중이온 파쇄 반응 정밀 모사
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공간 분포 시각화
T-Track, T-Deposit 탈리로 3D 선량·플럭스 공간 분포 맵 출력. 색상 지도(mesh tally) 지원
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외부 코드 연동
SPENVIS, CRÈME96, SHIELDOSE-2와 연계. 궤도 환경 스펙트럼을 PHITS 입력으로 변환 활용
우주환경 평가 적용 분야
01
위성 차폐 설계 최적화
알루미늄·폴리에틸렌·납 등 차폐재 두께·적층 순서 최적화. 밴앨런대 통과 시 전자 부품 수령 TID 예측 및 차폐 두께 결정.
02
CFRP 복합재 방사선 수송 분석
탄소 섬유 · 에폭시 수지 다층 구조의 양성자·전자빔 수송 및 선량 분포 계산. 지상 조사 실험 조건 (에너지·선량) 사전 결정에 활용.
03
태양전지 방사선 손상 예측
GaAs · Si 태양전지의 NIEL 기반 손상 등가 계산. 임무 수명 동안 Pmax 열화율 예측 및 설계 여유 (design margin) 도출.
04
SEE (단일 이벤트 효과) 분석
고에너지 중이온 LET 스펙트럼 계산 → SEU 발생률(Upset Rate) 예측. CRÈME-MC와 연계하여 온-오비트 소자 오류율 추정.
입력 / 출력 구조
INPUT
입자 종류 및 에너지 스펙트럼
재료 조성 및 밀도 (복합재·금속·유리 등)
3D 기하 구조 정의 (다층·복잡 형상)
핵반응 모델 선택 (INCL / JAM / JQMD)
몬테카를로 샘플 수 (통계 정밀도)
→
OUTPUT
TID 선량 분포 맵 [Gy / krad(Si)]
NIEL / DDD 값 [MeV·cm²/g]
플럭스 공간 분포 [particles/cm²/s]
핵 반응 생성물 스펙트럼
2D/3D 컬러 맵 시각화 파일
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다운로드 및 라이선스
PHITS는 JAEA 공식 사이트에서 무료로 제공됩니다. 회원 등록(이름·소속·연구목적 기입) 후 다운로드 가능하며, 학술·연구 목적 사용은 무료입니다. Windows / Linux / macOS 지원.
https://phits.jaea.go.jp
TOOL 02
SPENVIS
SPace ENVironment Information System
개발기관: ESA (유럽우주기관) · BIRA-IASB (벨기에 왕립우주항공연구소)
웹 기반궤도 환경ECSS 공인무료 (계정 필요)
개요
SPENVIS(SPace ENVironment Information System)는 ESA가 개발하고 벨기에 왕립우주항공연구소(BIRA-IASB)가 운영하는 웹 기반 우주환경 정보 시스템입니다. 별도 소프트웨어 설치 없이 브라우저에서 궤도 정의 → 환경 모델 선택 → 선량·방사선 계산까지 일괄 처리할 수 있어, ECSS 표준 기반 위성 방사선 환경 분석의 사실상 표준 도구로 사용됩니다.
내장 환경 모델
입자 환경
AP8 / AP9
밴앨런대 갇힌 양성자 플럭스 모델. 태양 극대·극소기 조건 선택 가능. AP9는 통계적 불확도 포함.
입자 환경
AE8 / AE9
밴앨런대 갇힌 전자 플럭스 모델. 고도·경사각에 따른 전자 스펙트럼 계산. AE9는 퍼센타일 분포 제공.
태양 입자
ESP / JPL-91
태양 에너지 입자(SEP) 누적 플루언스 모델. 임무 기간 중 태양 플레어 확률적 예측.
은하 우주선
CREME96 / ISO-15390
은하 우주선(GCR) 플럭스 및 에너지 스펙트럼 모델. SEE 계산의 입력 스펙트럼으로 활용.
선량 계산
SHIELDOSE-2
알루미늄 구형 차폐체 내 TID 계산. 차폐 두께(mm Al)별 흡수 선량 [krad(Si)] 출력.
원자산소
MSIS-E-90 / DTM
LEO 잔류 대기 밀도·원자산소 플럭스 모델. 고도·태양활동·지자기 조건 반영 AO 환경 예측.
분석 워크플로우
01
궤도 정의
고도, 경사각, 편심률, 임무 기간 입력. LEO / MEO / GEO / SSO 등 표준 궤도 템플릿 지원.
→
02
환경 모델 선택
갇힌 입자(AP9/AE9), 태양 입자(ESP), GCR(CREME96), AO(MSIS) 등 분석 목적별 모델 조합.
→
03
재료·차폐 설정
차폐재 두께 (mm Al 등가), 재료 조성 입력. 다층 차폐 구조 정의 가능 (MULASSIS 연동).
→
04
결과 출력
TID [krad], 플루언스 [particles/cm²], AO 플럭스 [atoms/cm²/s], SEE 발생률 등 수치·그래프 출력.
3X-ASTRA 평가 설계와의 연계 활용
🔗
내방사선 조사 조건 설정
SPENVIS로 임무 궤도·수명별 TID 계산 → 3X-ASTRA 내방사선 평가의 조사선량 (1·10·20 kGy) 근거 도출
🔗
AO 플럭스 기반 Ks 예측
SPENVIS MSIS 모델 AO 플럭스 → 지상 AO 시험 누적 플루언스(10²¹ atoms/cm²) 환산 및 실험 시간 결정
🔗
전자빔 에너지 선정
AE9 전자 스펙트럼 → 복합재 두께별 침투 에너지 확인 → PHITS 연계로 CFRP 내 선량 분포 검증
🔗
열사이클 조건 근거
궤도별 일조·음영 주기 계산 → 열사이클 온도 범위(−50/−100 ~ +150°C) 및 사이클 수 설계 근거 확보
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웹 기반 접근 (무료 계정)
SPENVIS는 별도 설치 없이 웹 브라우저에서 사용 가능합니다. ESA 계정(무료) 생성 후 즉시 이용 가능하며, 분석 결과는 계정 내 프로젝트 단위로 저장·관리됩니다. ECSS-E-ST-10-12 기반 위성 설계에 공인 사용 가능.
https://www.spenvis.oma.be
PHITS vs SPENVIS 비교
항목
PHITS
SPENVIS
방식
몬테카를로 입자 수송
경험적 환경 모델 + 해석적 계산
접근
설치형 (Win/Linux/macOS)
웹 기반 (브라우저)
라이선스
무료 (JAEA 등록 필요)
무료 (ESA 계정 필요)
주요 강점
복잡 구조 3D 정밀 계산, 임의 재료·형상
궤도 정의 → 환경 → 선량 원스톱, ECSS 공인
계산 대상
TID, NIEL, DDD, 핵반응, LET 분포
TID, 갇힌 입자, SEP, GCR, AO 플럭스
진입 난이도
높음 (입력 파일 직접 작성)
낮음 (GUI 단계별 입력)
3X-ASTRA 연계
조사 에너지·선량 분포 정밀 검증
궤도별 TID·AO 환경 정량 기준 도출
권장 활용 흐름
🌐
SPENVIS
궤도·임무 수명 입력 → TID · AO 플럭스 · 전자 스펙트럼 추출
→
🔬
PHITS
SPENVIS 스펙트럼 입력 → 복합재 다층 구조 내 선량 분포 정밀 계산
→
🧪
3X-ASTRA 평가
시뮬레이션 결과 기반 조사 조건 확정 → 지상 시험 수행
→
📊
결과 비교·검증
시뮬레이션 예측값 ↔ 실험 측정값 비교·모델 검증
ANALYSIS INSTITUTIONS DATABASE
분석 지원 기관
국내외 우주환경 시험 및 분석 기관 정보를 한곳에서 탐색하세요. 전문 분야, 보유 장비, 인증 현황을 기반으로 최적의 기관을 찾을 수 있습니다.
9
등록 분석 기관
5
국내 기관
4
해외 기관
8+
지원 평가 항목
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한국항공우주연구원
KARI · 대전광역시 유성구
국내 기관ISO 17025KOLAS
국내 최고 수준의 우주환경 시험 시설을 보유한 핵심 기관. 나로우주센터 연계를 통한 종합 시험이 가능합니다.
AO 내성 (원자산소)UV / VUV 내성진공 열사이클기체 방출률 (TML/CVCM)+1개
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한국과학기술원 인공위성연구소
KAIST SaTReC · 대전광역시 유성구
국내 기관ISO 9001
위성 개발 전 과정 검증이 가능한 기관. 소형 위성 환경 시험 특화, 구조·열·전자 시험 통합 지원.
진공 열사이클내방사선기체 방출률수분 흡수율
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한국전자통신연구원
ETRI · 대전광역시 유성구
국내 기관ISO 17025
전자 부품 및 반도체의 방사선 내성 평가 전문 기관. 반도체·IC·메모리 소자 시험 특화.
내방사선 (TID)전자빔 조사표면 대전 시험SEE 시험
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한국원자력연구원
KAERI · 대전광역시 유성구
국내 기관ISO 17025KOLAS
양성자가속기(빔타임), 하나로 연구용 원자로, 전자빔 조사시설을 모두 보유. 국내 유일의 종합 방사선 조사 기관.
양성자빔 조사 (빔타임)중성자선 조사 (하나로)전자빔 조사복합환경평가+1개
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한국표준과학연구원
KRISS · 대전광역시 유성구
국내 기관ISO 17025KOLAS
국가 측정 표준 기관. 베타선 조사시설, 정밀 계측, 재료 특성 분석 전문. 교정·인증 서비스 제공.
베타선 조사진공 열사이클표면 분석 (SEM/TEM)기체 방출률
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유럽우주기관 ESTEC
ESA / ESTEC · 네덜란드 노르트베이크
해외 기관ECSS 전 기준ISO 17025
유럽 표준(ECSS) 기반 종합 우주환경 시험 기관. 국제적으로 가장 광범위한 우주환경 시험 인프라를 보유.
진공 열사이클내방사선 (전 종류)AO 내성전자빔 조사+2개
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프랑스 항공우주연구소
ONERA · 프랑스 샤티용
해외 기관ISO 17025COFRAC
방사선 내성 시험 세계 최고 수준. 전자빔·양성자·중이온 입자가속기 보유. LEO~GEO 전 궤도 방사선 시험 가능.
전자빔 조사 (고선량)양성자 시험TID / SEE 평가복합환경평가
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NASA 제트추진연구소
NASA JPL · 미국 캘리포니아 패서디나
해외 기관NASA STD 준수MIL-STD
심우주·행성 탐사 위성의 우주환경 시험 전문. AO·UV·방사선 복합 환경 시험 및 재료 데이터베이스 제공.
AO 내성 (고플럭스)UV / VUV 내성심우주 방사선복합환경평가+1개
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일본 우주항공연구개발기구
JAXA · 일본 사가미하라
해외 기관JIS 기준ISO 17025
아시아 최대 우주환경 시험 기관. LEO 환경 특화, AO·UV·열사이클 통합 시험 및 ISS 연계 실증 가능.
