3차원(3D) 프린터로 만든 손톱만 한 우주 위성용 엔진이 개발됐다. 소형 위성 시대를 여는 데 한 걸음 더 다가갔다는 평가가 나온다.

포스텍은 김형섭 친환경소재대학원·신소재공학과 교수와 김동식·이안나 기계공학과 교수 연구팀이 금속 3D 프린팅(LPBF) 기술을 활용해 소형 위성용 고정밀 마이크로추력기 개발에 성공했다고 3일 밝혔다. 

소형 위성은 지구 관측과 통신, 기후 변화 감시 등에서 점점 더 중요한 역할을 맡고 있다. 소형 위성에 들어가는 추진 장치는 손가락 크기만큼 작으면서도 극한의 우주 환경을 견뎌야 해 제작이 어렵다. 기존에는 실리콘을 깎아 만들거나 미세전자기계시스템(MEMS) 기술을 이용해 조립했지만 내구성과 성능에 한계가 있다.

연구팀은 금속 가루를 레이저로 녹여 층층이 쌓는 방식의 금속 3D 프린팅을 적용해 복잡하고 얇은 구조를 정밀하게 구현했다. 제작된 마이크로추력기는 '연소 벽'의 두께가 0.5밀리미터(mm)로 동전보다 얇다. 연료 분사 구멍은 180마이크로미터(㎛, 100만분의 1m)수준의 초정밀 구조를 갖췄다. 실제 우주 환경과 유사한 700℃ 고온에서 1분간 진행한 연소 실험에서도 구조적 손상 없이 안정적으로 작동했다. 특성 속도 효율 84.3%, 비추력 효율 91.7%를 기록했다.

이번 성과는 소형 위성 시대를 앞당길 핵심 기술로 평가된다. 제작 단가를 낮추면서도 작고 가벼운 추진기를 만들 수 있어 위성 발사 비용을 줄이고 더 많은 위성을 우주로 보낼 수 있다. 정밀한 지구 관측과 기상 예측, 빠른 통신이 가능해지고 향후 화성·소행성 탐사 등 심우주 미션에도 활용될 전망이다.

연구를 이끈 김형섭 교수는 “금속 3D 프린팅으로 소형 우주 추진기를 정밀하게 제작한 최초 사례”라며 “학생들이 연구를 주도해 얻은 성과라 의미가 크다”고 강조했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘버추얼 앤 피지컬 프로토타이핑’ 온라인판에 최근 게재됐다.

<참고 자료>

- doi.org/10.1080/17452759.2025.2533944