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제안 방법
- 궤도상에서의 임무수행을 위해 전개 대상 구조체인 상부판넬, 상부판넬 조립체, 안테나 그리고 태양 전지판은 궤도상에서 Fig. 3(b)와 같이 전개되어 운용되어야하며 이 논문에서는 상기의 임무수행을 위해 하나의 구속분리장치로 4개의 복수 구조체를 발사환경에서 구속하여 구조건전성을 확보하고 이와 동시에 궤도상에서 분리가 가능한 큐브위성용 열선 절단 방식 구속분리장치를 제안하였다.
- 이 논문에서 제안한 열선 절단방식을 적용한 비폭발식 무충격 구속분리장치는, 체결력을 향상시켜 대상 구조물을 견고하게 구속 가능하여 발사시의 구조건전성을 확보할 수 있게 되며, 열선에 의한 절단 방식을 적용하고 있으므로 구속분리장치 작동 시 발생하는 충격을 최소화 할 수 있다. 구속분리장치의 기능 검증을 위해 EM을 제작하였으며, 분리기능시험과 큐브위성의 랜덤진동 인증시험 규격으로부터 도출된 허용하중에 대한 구조건전성 판단을 위해 정하중시험을 실시하여 설계의 유효성을 입증하였다. 이 연구에서는 EM 시험을 통한 구속분리장치의 분리기능과 정하중 시험을 통해 허용하중에 대한 구조 건전성만을 검증하였으나, 향후 진동시험과 열주기 시험을 수행하여 구속분리장치의 비행모델로의 적용 가능성을 입증할 예정이다.
- 분리시험에서는 구속볼트의 분리 상태 확인을 위하여 구속볼트를 스프링과 결합하여 장착하였으며, power supply로부터 열선에 정격전압을 인가하였다. 기능시험은 총 5회를 실시하였으며, Fig. 8과 같은 2가지 형태의 체결선과 열선 접속부를 갖는 분리너트를 적용하여 기능시험을 실시하였다. Table 1에 type-I 분리너트를 적용한 시험결과를 나타낸다.
- 4는 이 논문에서 제안한 큐브위성용 무충격 구속분리장치의 분리전/후의 형상으로 분리너트와 이를 체결하여 구속너트 형성을 위한 체결선, 분리 너트의 구속해제를 위해 체결선 절단을 위한 열선, 구속해제 대상 구조물과 분리너트의 체결을 위한 구속볼트, 이들을 감싸도록 배치된 외부케이스, 분리너트 작동 시 구속볼트와의 간섭방지를 목적으로 분리된 너트의 운동을 구속하기 위하여 분리너트와 외부 케이스에 장착된 벨크로 그리고 분리너트의 분리를 원활하게 하기 위한 분리스프링으로 구성된다. 메커니즘에 적용된 소재는 큐브위성에 요구되는 1kg 이하의 무게 요구조건 충족과 우주온도환경을 고려하여 경량이며 내열성 등의 장점이 있는 테플론을 적용하였다.
- 상기와 같이 구성된 분리너트는 외부케이스를 통하여 구속볼트와 체결되며, 구속해제를 위해 열선 작동 시, 체결선이 절단되고 분리너트 내부에 압축된 분리스프링의 복원력으로 분리너트가 분리되어 구속 볼트와의 구속이 해제된다. 분리너트 외부와 외부케이스 내부에는 벨크로를 장착하고, 열선 작동 후 분리된 너트가 분리스프링의 복원력으로 외곽으로 이동하여 분리너트와 외부케이스에 장착된 벨크로에 서로 부착되도록 하여 구속해제 시 발생 가능성이 있는 분리너트와 구속볼트의 간섭을 방지하였다.
- 7은 메커니즘의 동작성능 확인을 위한 기능시험 형상을 나타내며 인가전압에 따른 동작시간, 구속 너트와 볼트분리 그리고 메커니즘 작동 시 분리된 2개의 너트가 스프링의 복원력에 의해 벨크로가 장착된 하우징에 부착되어 분리볼트와의 간섭 방지 가능 여부를 이 시험을 통해 확인 하였다. 분리시험에서는 구속볼트의 분리 상태 확인을 위하여 구속볼트를 스프링과 결합하여 장착하였으며, power supply로부터 열선에 정격전압을 인가하였다. 기능시험은 총 5회를 실시하였으며, Fig.
- 이 논문에서 제안한 열선 절단 방식을 적용한 구속분리장치의 기능을 검증하기 위해 EM을 제작하였으며, 동작성능 확인을 위한 기능시험과 정하중 시험을 실시하였다. Fig.
- 이 연구에서는 기존 분리장치의 문제점을 해결하기 위하여, 발사시에는 두 개로 분리된 너트를 체결선에 의한 체결력으로 구속너트를 형성하고 이에 구속볼트로 전개 구조물과 분리너트를 체결하여 발사환경에 대한 구조건전성을 확보하고, 궤도상에서는 열선 작동과 함께 체결선이 절단되고 이와 동시에 구속 너트가 분리되어 구조물의 구속이 해제되는 열선 절단방식을 적용하여 구속해제 시 발생하는 과도 충격 응답으로 인한 주요 탑재임무장비 등이 손상되지 않도록 한 비폭발식 무충격 구속분리장치를 제안하였으며, EM(engineering model) 구속분리장치의 제작 및 시험을 통해 그 기능을 검증하였다.
- 이 연구에서는 기존의 구속분리장치의 단점을 극복하기 위한 구속분리장치를 제안하였으며 메커니즘의 제안배경 및 작동원리는 다음과 같다.
- 이 메커니즘은 주로 상부 판넬 조립체에 축방향 구속력을 부가하며, 상부판넬조립체의 in-plane 방향의 구속력 부가를 위해 주구조체와 상부판넬 조립체의 접속부에 ball/socket 메커니즘을 적용하고 있다. 이와 동시에 안테나와 태양전지판 또한 상기 접속부에서의 구속유지가 가능하도록 하여 하나의 메커니즘으로 복수 구조체의 동시 구속이 가능하도록 설계하였다. 궤도상에서는 구속분리장치 작동시, Fig.
대상 데이터
- Fig. 1은 TiNi-Aerospace사에서 개발한 형상기억합금을 이용한 비폭발성 구속분리장치(4)로 형상기억합금, 노칭 볼트 그리고 형상기억합금의 형상회복을 위한 히터로 구성된다. 작동원리는 분리대상 구조물을 노칭 볼트를 이용해 압축 변형된 형상기억합금에 체결하여 분리 대상구조물의 발사 구속력을 확보하고, 구조물의 구속해제 시에는 히터를 이용하여 형상기억합금에 열을 인가하면 형상기억합금은 원래의 형상을 회복하려고하고 이때 형상기억합금에 발생하는 복원력에 의해 볼트 노칭부에는 인장하중이 집중적으로 작용하여 노칭 볼트가 파단됨과 동시에 구조물의 구속이 해제된다.
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