인공위성 카메라 주반사경의 광학적 성능은 반사경과 반사경 지지부의 접착특성에 크게 영향을 받는다. 따라서 고성능의 주반사경을 설계하기 위해서는 접착제의 기계적 특성 규명이 필수적이다. 본 연구에서는 3종의 접착제를 선별하여 이에 대한 기계적 특성을 규명한다. 접착제의 탄성계수는 인장 시험을 통해 얻을 수 있다. 비선형 거동을 보이는 접착제의 경우 지수함수 형태로 곡선맞춤을 수행하여 응력-변형률 관계를 얻고, 선형거동을 보이는 접착제의 경우 선형 맞춤을 통해 탄성계수를 얻는다. 접착제의 작동 온도 범위내 8개 온도점을 선택하여 시험을 수행한다. 시험을 통해 탄성계수를 온도에 따른 함수로 표현하고, 이를 바탕으로 접착제의 특성에 대해 논의 한다.
인공위성 카메라 주반사경의 광학적 성능은 반사경과 반사경 지지부의 접착특성에 크게 영향을 받는다. 따라서 고성능의 주반사경을 설계하기 위해서는 접착제의 기계적 특성 규명이 필수적이다. 본 연구에서는 3종의 접착제를 선별하여 이에 대한 기계적 특성을 규명한다. 접착제의 탄성계수는 인장 시험을 통해 얻을 수 있다. 비선형 거동을 보이는 접착제의 경우 지수함수 형태로 곡선맞춤을 수행하여 응력-변형률 관계를 얻고, 선형거동을 보이는 접착제의 경우 선형 맞춤을 통해 탄성계수를 얻는다. 접착제의 작동 온도 범위내 8개 온도점을 선택하여 시험을 수행한다. 시험을 통해 탄성계수를 온도에 따른 함수로 표현하고, 이를 바탕으로 접착제의 특성에 대해 논의 한다.
The optical performance of the mirror for satellite camera is highly dependent on the adhesive properties between the mirror and its support. Therefore, in order to design a mirror with high optical performance, the mechanical properties of adhesives should be well defined. In this paper, the mechan...
The optical performance of the mirror for satellite camera is highly dependent on the adhesive properties between the mirror and its support. Therefore, in order to design a mirror with high optical performance, the mechanical properties of adhesives should be well defined. In this paper, the mechanical properties of three kinds of space adhesives are studied. Elastic moduli of the adhesives are determined by tensile tests. Stress-strain relation is obtained by using exponential curve fitting for the adhesive which shows non-linear behavior. In case of the linear behavior material, elastic modulus is calculated through linear curve fitting. For the tensile tests, several points have been selected in the operating temperature range of the adhesive. The elastic modulus of each adhesive is expressed as a function of temperature. Characteristics of the adhesives are discussed regarding their temperature sensitivity.
The optical performance of the mirror for satellite camera is highly dependent on the adhesive properties between the mirror and its support. Therefore, in order to design a mirror with high optical performance, the mechanical properties of adhesives should be well defined. In this paper, the mechanical properties of three kinds of space adhesives are studied. Elastic moduli of the adhesives are determined by tensile tests. Stress-strain relation is obtained by using exponential curve fitting for the adhesive which shows non-linear behavior. In case of the linear behavior material, elastic modulus is calculated through linear curve fitting. For the tensile tests, several points have been selected in the operating temperature range of the adhesive. The elastic modulus of each adhesive is expressed as a function of temperature. Characteristics of the adhesives are discussed regarding their temperature sensitivity.
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문제 정의
본 연구에서는 우주 환경에서 성능이 검증되어 많이 사용되고 있는 3종의 접착제를 선택하여 각 접착제의 온도에 따른 기계적 특성을 규명한다. 규명하고자 하는 접착제의 기계적 특성은 접착제의 탄성계수(elastic modulus)로, 인공위성 내부의 운용 온도 범위 내에서 인장 시험을 수행하여 온도에 따른 탄성계수를 규명한다.
규명하고자 하는 접착제의 기계적 특성은 접착제의 탄성계수(elastic modulus)로, 인공위성 내부의 운용 온도 범위 내에서 인장 시험을 수행하여 온도에 따른 탄성계수를 규명한다. 시험 결과를 바탕으로 세 접착제의 기계적 특성을 비교, 분석하여 각 접착제의 기계적 특성이 반사경의 변형과 광학 성능에 미치는 영향에 대해 논의한다.
반사경의 광학적 성능에 직접적으로 영향을 미치는 반사경의 변형은 반사경 지지부의 접착 특성에 크게 의존하므로 우주용 접착제에 따른 접착 특성에 관한 연구가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 인장시험을 통해 우주용 접착제의 탄성계수 규명에 관한 연구를 수행하였다.
제안 방법
본 연구에서는 우주 환경에서 성능이 검증되어 많이 사용되고 있는 3종의 접착제를 선택하여 각 접착제의 온도에 따른 기계적 특성을 규명한다. 규명하고자 하는 접착제의 기계적 특성은 접착제의 탄성계수(elastic modulus)로, 인공위성 내부의 운용 온도 범위 내에서 인장 시험을 수행하여 온도에 따른 탄성계수를 규명한다. 시험 결과를 바탕으로 세 접착제의 기계적 특성을 비교, 분석하여 각 접착제의 기계적 특성이 반사경의 변형과 광학 성능에 미치는 영향에 대해 논의한다.
본 연구에 사용된 접착제는 모두 3종으로 에 폭시(epoxy) 계열의 접착제 A, B, 폴리우레탄 (polyurethane) 계열의 접착제 C에 대해 시험을 수행한다. 인장 시험에 사용될 시편의 규격은 ASTM D651을 참조하여 시험장비에 적합하게 수정하여 사용되었다.
본 연구에 사용된 접착제는 모두 3종으로 에 폭시(epoxy) 계열의 접착제 A, B, 폴리우레탄 (polyurethane) 계열의 접착제 C에 대해 시험을 수행한다. 인장 시험에 사용될 시편의 규격은 ASTM D651을 참조하여 시험장비에 적합하게 수정하여 사용되었다. 시편 형상은 Fig.
실제 반사경은 상온에서 제작되기 때문에 시편의 큐어링(curing)은 제작환경을 고려하여 상온에서 실시하였다. 시험기기는 Instron사의 인장 시험기 를 사용하였고 변형률은 신장계 (extensometer)를이용하여 측정하였다. Fig.
반사경과 반사경 지지부는 위성 탑재체 내부에 위치하게 되는데 탑재체 내부 온도는 -20℃에서 55℃로 유지된다. 따라서 접착체는 탑재체 내부 의 온도를 고려하여 -20℃, -10℃z 0℃, 10℃, 2 0℃, 30℃, 40℃, 55℃의 8개의 온도점에 대해 인 장시험을 수행하였다. 각 온도점에서의 항온 시 간은 20분으로 하였고, 각 온도지점 당 최소 5개 이상의 시편을 사용하였으며 치구 작동 속도는 0.
따라서 접착체는 탑재체 내부 의 온도를 고려하여 -20℃, -10℃z 0℃, 10℃, 2 0℃, 30℃, 40℃, 55℃의 8개의 온도점에 대해 인 장시험을 수행하였다. 각 온도점에서의 항온 시 간은 20분으로 하였고, 각 온도지점 당 최소 5개 이상의 시편을 사용하였으며 치구 작동 속도는 0.5mm/min로 설정하였다. 인공위성 카메라에 사용되는 접착제는 수십 마이크로미터 이하의 범 위내에서 변형한다.
인공위성 카메라에 사용되는 접착제는 수십 마이크로미터 이하의 범 위내에서 변형한다. 이를 고려하여 시험으로부터 얻어진 응력-변형률 곡선으로부터 1% 변형률 범 위 내에서 곡선맞춤(curve fitting)하여 탄성계수 를 추출하였다.
지수함수 형태로 곡선 맞춤하여 얻은 계수 a 와 b를 Table 1에 나타내었다. 이 경우 식(2)를 사용하여 탄성계수를 근사적으로 구할 수 있는데, 본 연구에서는 원점을 0.02% 변형률일 때로 하여 탄성계수를 추출하였다. Fig.
접착제 B의 인장 시험도 동일한 방법으로 수행 하였다. -20℃에서 55℃까지 8개의 온도점에서 인장시험을 수행하고 3% 변형률까지 시험을 수행한 후 1% 변형률에서 응력-변형률 곡선의 곡선 맞춤을 수행하였다.
접착제 C는 다른 접착제에 비해 재료가 상당히 유연하여 시편에 접착제를 부착했을 때 신장계의 무게에 의해 시편이 휘어지는 현상이 확연히 드러난다. 시편의 휘어짐을 방지하기 위해 초기하중을 가한 후 시험을 수행하였다
성능/효과
접착제 C는 유연한 재료 특성으로 인해 다른 접착제에 비해 접착력과 강성이 상대적으로 작게 나타났으며 탄성계수가 온도 변화에 상대적으로 민감하지 않는 특성을 보였다. 따라서 접착제 C 는 다양한 온도 환경을 겪는 구조물에 적합할 것으로 판단된다.
따라서 접착제 C 는 다양한 온도 환경을 겪는 구조물에 적합할 것으로 판단된다. 특히 접착제 자체의 유연한 재료 특성으로 인해 반사경 지지부의 과구속을 억제하는 플렉셔 마운트의 접착제로 적합할 것으로 판단된다. 그러나 상대적으로 약한 강성으로 인해 반사경의 구조적인 문제점을 발생시킬 수 있으므로 이를 보완할 수 있는 지지부 설계가 필요하다.
후속연구
시험 결과에서와 같이 접착제들의 유리전이온 도가 다르기 때문에 탄성계수가 급격히 변하는 온도점이 각각 다르게 나왔으며 이에 대한 추가 실험이 요구된다. 또한 접착제의 기계적 특성이 서로 다르므로 반사경과 반사경 지지부가 겪게 되는 온도 및 하중 조건을 고려하여 우주용 접착 제 선별에 각별한 주의가 요구되며 반사경의 광학적 성능을 향상시킬 수 있는 구조 설계가 반드시 고려되어야 한다.
시험 결과를 통해 접착제 A와 접착제 B와 같이 강한 접착력과 강성을 갖는 접착제의 경우 큰 하중 하에서 안정적으로 구조물을 지지할 수 있는 장점이 있다. 그러나 재질이 온도 변화에 상당히 민감하게 변하기 때문에 이러한 접착 특성을 보완할 수 있는 적절한 구조설계가 필요할 것으로 판단된다.
참고문헌 (7)
Genberg, V. and Company, N., 'Optimum design of a light-weight telescope', Optomechanical Design, Proc. Of SPIE, Vol. 1998, 1993, pp. 60-71
Park, K. S., Chang, S. Y, and Youn S. K, 'Topology Optimization of the primary mirror of a multi-spectral camera', Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol. 25, No. 1, 2003, pp. 46-53
Uhm, T. K., Park, K.S., Cho, J. H., Lee, W. S., Lee, J. H., Youn, S. K., Lee, E. S., Woo, S. H., Lee, S. H. and Paik, H. Y., 'Design of Flexure Mounts for Satellite Primary Mirrors', Optical Society of Korea Summer Meeting, 2003, pp. 138-139
Kinloch, A. J., 'Adhesion and Adhesives', Science and technology, Chapman and Hall, 1987
DeLollis, N. J., 'Adhesives for Metals Theory and Technology', Industrial Press INC., 1970
Pocius, A. V., 'Adhesion and Adhesives Technology', Hanser Publishers, 1997
서유덕, 김현중, 박상훈, 김지연, 엄태경, 윤성기, 이상률, 이승훈, 이덕규, 이응식, 장홍술, 정대준, '우주용 접착제의 중첩 전단 강도 시험', 한국항공우주학회지, 제 34권 제10호, pp. 40-47, 2006
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