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문제 정의
- 따라서, TBM은 식(4)에서 얻은 무게(또는 부피)를 가지되 유효 열전달 경로가 가급적 짧도록 설계하여 TBM 내부의 온도구배가 가급적 최소화 되도록 한다. 방열판 히트파이프의 접속방법 및 전체 유닛 배치를 고려하여 총 3 종류의 TBM 형상이 고려되었으며, 본 논문에서는 TBM 내부 열저항이 가장 작은 최종안에 대한 연구결과를 제시하도록 한다.
- 본 논문은 현재 항우연이 개발 중인 위성의 탑재카메라 초점면 냉각장치인 FPA-CU(Focal Plane Assembly Cooling Unit)의 개념설계 및 열설계에 대한 개략적인 내용을 기술하고 있다. FPA-CU은 사업개발 초기에 Astrium에서 제작되어 공급될 계획이었으나, FPA-CU의 국내 개발이 가능할 것으로 판단됨에 따라 이를 국산화하도록 계획이 수정되었다.
- FPA-CU은 사업개발 초기에 Astrium에서 제작되어 공급될 계획이었으나, FPA-CU의 국내 개발이 가능할 것으로 판단됨에 따라 이를 국산화하도록 계획이 수정되었다. 본 연구는 Astrium에서 수행한 FPA-CU 초기 열설계를 바탕으로 세부적인 설계를 진행한 내용과 이를 통해 얻은 연구결과를 기술하도록 한다.
- 한편, 최상위 방열판 히트파이프가 비정상적으로 작동하는 경우 FPA 온도는 약 3~4℃정도 상승하는 것으로 예측되었다. 본 연구를 통해 위성용 열제어 유닛의 설계에 대한 기술적 자립 가능성을 확인할 수 있었다.
- FPA-CU은 현재 개발중인 저궤도 지구관측 위성주탑재체의 냉각에 사용되는 장치로 국내에서 독자적으로 디자인 되는 첫 번째 우주용 냉각유닛이다. 본 연구에서는 TBM의 열용량, 방열판, 접촉열저항 등을 고려하여 전체 냉각유닛의 설계를 수행하였다. 이를 위해 다양한 작동 시나리오에 따른 FPA의 온도를 수치해석으로 계산하여 검증하였다.
- TBM의 용량이 크면 클수록 좋으나 이는 무게증가를 발생시키므로, 궤도평균 발열량 및 방열판의 방열량 등을 종합적으로 고려하여 디자인되어야 한다. 본 절에서는 TBM 설계에 있어 부피산출에 대한 단순화된 계산법을 기술하도록 한다.
- 한편, TBM이 본체 플랫폼과 체결되는 지점에서도 단열재가 사용된다. 이 또한 FPA의 온도가 가급적 S/C 온도의 영향을 받지 않도록 하기 위한 것이다. 하지만, TBM과 TBM Bracket의 체결에 있어 별도의 단열재 또는 단열와셔는 필요 없는 것으로 계산결과 밝혀졌다.
가설 설정
- 한편, 주탑재체가 정상적으로 작동하는 경우에는 각 주기당 발생하는 총 열량은 거의 변하지 않으며, FPA와 방열판의 열전달 거리가 멀기 때문에 방열판의 온도는 FPA 발열상태에 따라 급격한 변화를 보이지는 않는다. 즉, 방열판 온도는 시간에 따라 큰 변화가 없이 일정한 값을 가진다고 가정할 수 있다.
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