[논문]형상기억합금구동기와 태엽스프링을 이용한 소형위성용 분리장치

이민형; 손재황; 김영웅; 김병규

doi:10.12985/ksaa.2011.19.3.010

초록
AI-Helper

위성용 분리장치는 작동 전까지는 높은 체결력으로 위성의 부속물들을 안정된 체결 상태로 유지해야 한다. 작동 후에는 위성시스템에 손상이 없이 위성본체로부터 분리되어 태양전지판과 안테나와 같은 부속장치의 전개를 성공적으로 수행하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 분리충격이 작고 취급이 용이하며 재장착이 가능한 형상기억합금구동기와 태엽스프링을 이용한 소형위성용 비폭발식 분리장치를 제안하였다. 성능을 검증하기 위하여 분리시간, 분리가 가능한 사전하중, 분리장치 작동 시 충격량 측정 실험을 수행하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The separation actuator for the small satellite should fix satellite appendages with high clamping force. After operation, it has to be separated from the satellite body without any damage on satellite system and release the appendages such as a solar panel and an antenna successfully. Therefore, we...

The separation actuator for the small satellite should fix satellite appendages with high clamping force. After operation, it has to be separated from the satellite body without any damage on satellite system and release the appendages such as a solar panel and an antenna successfully. Therefore, we invent a non-explosive separation actuator for the small satellite which generates low shock and is resettable. In order to confirm performance of the proposed separation actuator, we carried out experiments for separation time, maximum preload for activation, and shock level.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

분리장치의 성능시험은 분리장치의 성능시험과 동시에 사용된 SMA구동기 성능을 시험함에 목적이 있다[3]. 또한 분리시간, 분리 시 위성 본체에 발생시키는 충격량, 작동가능 사전하중 같은 기본적인 성능 평가를 바탕으로 분리장치의 활용 범위를 알아보았다.
본 논문에서는 형상기억합금구동기와 태엽스프링을 이용한 위성용 비폭발식 분리장치를 제안하고, 반응속도와 충격량 및 사전하중에 관한 성능 실험을 통해 제안된 분리 장치의 유용성을 논의 한다.
본 논문은 형상기억합금과 태엽스프링을 이용하여 저충격 비폭발식 위성용 분리장치를 제안, 설계하였다. 또한 위성 분리 장치로써 사용되기 위해 작동가능 사전하중 실험과 분리 충격 실험, 분리 시 반응시간실험을 수행하였다.
이러한 충격은 위성의 오작동을 초래한다. 충격량 실험은 분리장치가 위성 전체에 어느 정도 충격을 주는지 알아보기 위한 실험이다.

제안 방법

본 논문은 형상기억합금과 태엽스프링을 이용하여 저충격 비폭발식 위성용 분리장치를 제안, 설계하였다. 또한 위성 분리 장치로써 사용되기 위해 작동가능 사전하중 실험과 분리 충격 실험, 분리 시 반응시간실험을 수행하였다.
4는 분리 반응 시간 측정 실험을 위한 실험 장치 구성이다. 정밀 파워 서플라이를 조작하며 실험 장치를 모니터링 하여 작동 유무를 판단하였다.
제안된 비폭발식 분리장치(Fig. 1)는 작동시키기 전까지는 높은 체결력으로 분리체(안테나, 태양전지판 등)를 안정적으로 고정시켜주고, 분리 장치가 작동하면 최소의 충격으로 위성 및 분리체의 손상 없이 분리 동작을 수행할 수 있도록 설계하였다. 또한, Wire Type의 SMA을 사용하여 기존의 모터나 피에조모터, Spring Type의 SMA 보다 낮은 인가 전력에서도 작동이 가능하여 저 전력의 소형위성에도 쓰일 수 있다.
01s까지 조작이 가능한 정밀 파워 서플라이를 사용하여 이루어졌다. 파워 서플라이의 전력 공급 시간을 변화시키면서 작동 유무를 확인하여 최소 분리 반응 시간을 측정하였다. Fig.
7은 위성 본체를 모사한 알루미늄패널(300×300×5mm)의 모습이다. 패널의 중심부에 설계/제작된 분리장치를 고정시키고 분리장치로부터 60mm, 90mm, 120mm 지점에 단축 가속도계를 장착하여 분리장치 작동 후에 발생하는 충격량을 측정하였다. 가속도계는 독일의 Brüel&Kjær 사의 DeltaTron® Accelerometer를 사용하였다.

대상 데이터

가속도계는 독일의 Brüel&Kjær 사의 DeltaTron® Accelerometer를 사용하였다.

성능/효과

[1] 분리장치의 초기상태는 체결상태이며, 하우징에 삽입된 볼트와 센트럴키의 홈이 맞물려 태엽스프링의 회전복원력을 억제한다. 체결 상태에서는 위성 발사 시 발생하는 외부충격 및 진동을 견디면서 위성 본체와 위성 전개부를 결속시킨다.
분리 시간은 SMA Wire가 Triggering되는 시간이 대부분을 차지하며, 전류 값이 높을수록 SMA Wire의 작동 온도까지의 온도 상승이 빠르게 이뤄져 반응 시간을 줄일 수 있었다. 하지만, 실험에 쓰인 SMA인 DYALLOY Inc.
분리 충격 실험결과 충격원의 중심으로부터 60mm 떨어진 곳에서 약 4.03G의 작은 충격이 발생하였고, 정밀 파워 서플라이를 이용한 분리 시간 측정 실험을 통해 분리 장치는 0.5sec의 시간 내에 분리가 완료됨을 알 수 있었다.
사전 하중실험을 통해서 사전하중이 10kgf 인 상태에서 신뢰성 있는 분리가 가능한 것을 확인 하여 장치의 견고함을 검증하였다.
실험 결과 60mm지점에서 최대 충격 4.03G가 발생하였다. 이는 사전하중을 가한 상태에서 분리가 시작되어 발생된 충격으로 사료된다[5, 6].
이때, 분리가 일어나는 순간의 시간이 측정되면 시간을 고정하고, 5회 반복실험을 수행하여 5회 모두 분리가 일어나는 시간을 분리 반응 시간으로 정의하였다. 실험 결과 사전하중 10kgf하에서 입력전류 2A를 흘려 주었을 때 분리 시간이 1.5sec, 3A에서 0.5sec로 측정되었다. Fig.
실험결과, 본 위성장치에 사용 가능한 최대 사전하중은 10kgf로 측정되었다. 작동 가능한 사전하중의 범위가 낮게 측정되었지만 위성 분리장치에 사용된 태엽스프링의 규격을 변화시키면 사전하중의 최대치 증가가 가능할 것으로 사료된다.

후속연구

이후 진행될 실험에서 태엽스프링의 강성을 증가시키고 SMA Wire의 선경을 변화시켜 설계하면 분리 가능한 사전하중의 상승과 분리 시간 단축이 가능할 것으로 사료된다.
실험결과, 본 위성장치에 사용 가능한 최대 사전하중은 10kgf로 측정되었다. 작동 가능한 사전하중의 범위가 낮게 측정되었지만 위성 분리장치에 사용된 태엽스프링의 규격을 변화시키면 사전하중의 최대치 증가가 가능할 것으로 사료된다.
제안된 위성용 비폭발식 저충격 분리 장치는 이러한 성능 실험들을 통해 구조 및 구동기의 성능이 검증되었으며, 기존의 분리장치가 가지고 있는 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
향후, 구동기의 추가 연구와 우주환경 및 발사 환경 실험인 열진공실험, 진동실험 등을 수행하여 분리장치의 신뢰도를 상승시키고, 위성부품의 국산화에 이바지하고자 노력할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 논문에서는 무엇을 이용한 소형위성용 비폭발식 분리장치를 제안하였는가?	작동 후에는 위성시스템에 손상이 없이 위성본체로부터 분리되어 태양전지판과 안테나와 같은 부속장치의 전개를 성공적으로 수행하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 분리충격이 작고 취급이 용이하며 재장착이 가능한 형상기억합금구동기와 태엽스프링을 이용한 소형위성용 비폭발식 분리장치를 제안하였다. 성능을 검증하기 위하여 분리시간, 분리가 가능한 사전하중, 분리장치 작동 시 충격량 측정 실험을 수행하였다.
	위성용 분리장치는 작동 후 어떤 역할을 수행해야 하는가?	위성용 분리장치는 작동 전까지는 높은 체결력으로 위성의 부속물들을 안정된 체결 상태로 유지해야 한다. 작동 후에는 위성시스템에 손상이 없이 위성본체로부터 분리되어 태양전지판과 안테나와 같은 부속장치의 전개를 성공적으로 수행하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 분리충격이 작고 취급이 용이하며 재장착이 가능한 형상기억합금구동기와 태엽스프링을 이용한 소형위성용 비폭발식 분리장치를 제안하였다.
	위성개발 초창기에는 어떤 분리장치가 널리 사용되었는가?	이를 위한 분리장치로 비폭발식 분리장치(Non-Explosive Actuator)와 폭발식 분리장치(Pyroshock Device)가 있다. 위성개발 초창기에는 작동개념이 간단하고, 신속한 분리가 가능한 폭발식 분리장치가 널리 사용되었다. 그러나 폭발식 분리장치는 화약과 같은 위험물질로 구성되어 취급 및 보관에 주의가 필요하고, 분리 시 큰 충격과 다량의 오염물질이 발생된다.

참고문헌 (6)

Eugene R. Fosness, Steven J. Buckley, Waylon F. Gammill, "DEPLOYMENT AND RELEASE DEVICES EFFORTS AT THE AIR FORCE RESEARCH LABORATORY SPACE VEHICLES DIRECTORATE", AIAA Space 2001 Conference and Explosition, Albuquerque, NM, Aug. 28-30, 2001
임재혁, 김경원, 김선원, 이창호, 이주훈, 황도순, "인공위성용 비폭발식 분리장치 기술동향", 항공우주산업기술동향 제7권 제1호 (2009년 7월) pp. 97-104 1738-057X

원문보기 상세보기
Park.H.J, Tak.W.J and Kim.B.K, 2008, "Shape Memory Alloy Actuator Based Non-explosive Low-shock Separation Device", Proceedings of the 2008 KSAS Fall Conference, Vol II, pp. 1359-1364.
www.dynalloy.com
박현준, 탁원준, 한범구, 곽동기, 황재혁, 김병규, "소형 위성용 비폭발식 저충격 분리장치", 한국항공우주학회지 제37권 제5호, 2009년 5월, pp. 457-463 1225-1348 KCI 등재.

원문보기 상세보기
탁원준, 조재욱, 이민수, 김병규, "소형 위성용 소형직류모터를 이용한 분리장치", 한국항공우주학회지, 제38권 제8호, 2010년 8월, pp. 767-773

원문보기 상세보기

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

형상기억합금구동기와 태엽스프링을 이용한 소형위성용 분리장치
Shape Memory Alloy Actuator and Spiral Spring Based Separation Actuator for Small Satellite 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

형상기억합금구동기와 태엽스프링을 이용한 소형위성용 분리장치 Shape Memory Alloy Actuator and Spiral Spring Based Separation Actuator for Small Satellite 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이민형 (2) 김병규 (51)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

형상기억합금구동기와 태엽스프링을 이용한 소형위성용 분리장치
Shape Memory Alloy Actuator and Spiral Spring Based Separation Actuator for Small Satellite 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper