위성 궤도 내 우주 잔해가 늘어남에 따라 현재 운용 중인 위성들과 폐위성과의 충돌 위험이 지속적으로 증가하는 추세이다. 위 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 1 자유도의 간단한 메커니즘을 사용한 포획장치를 설계하였다. 포획장치는 net가 연결된 4개의 링크군으로 구성되었다. 또한 신뢰도를 높이기 위해 4개의 링크군을 하나의 구동부에 연결하여 자유도가 1이 되도록 설계하였다. 포획장치가 청소위성(janitor위성)의 임무수행에 영향을 끼치지 않도록 위성의 옆면에 수납하였다. 최종적으로 우주 환경에서의 전개 가능성을 파악하기 위해 미세중력 환경을 모사한 수중환경에서 포획장치 전개 실험을 수행하였다. 포획장치 전개실험 중 janitor위성과의 간섭 없이 전개완료 됨을 확인함으로써 대상 위성 포획에 대한 가능성을 검증하였다.
위성 궤도 내 우주 잔해가 늘어남에 따라 현재 운용 중인 위성들과 폐위성과의 충돌 위험이 지속적으로 증가하는 추세이다. 위 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 1 자유도의 간단한 메커니즘을 사용한 포획장치를 설계하였다. 포획장치는 net가 연결된 4개의 링크군으로 구성되었다. 또한 신뢰도를 높이기 위해 4개의 링크군을 하나의 구동부에 연결하여 자유도가 1이 되도록 설계하였다. 포획장치가 청소위성(janitor위성)의 임무수행에 영향을 끼치지 않도록 위성의 옆면에 수납하였다. 최종적으로 우주 환경에서의 전개 가능성을 파악하기 위해 미세중력 환경을 모사한 수중환경에서 포획장치 전개 실험을 수행하였다. 포획장치 전개실험 중 janitor위성과의 간섭 없이 전개완료 됨을 확인함으로써 대상 위성 포획에 대한 가능성을 검증하였다.
As the space debris in the satellite orbit increases, the risk of collision between the currently operating satellites and the space debris is continuously increasing. Therefore, in this study, we designed one-degree-of-freedom capture device using simple deployment mechanism. The capture device con...
As the space debris in the satellite orbit increases, the risk of collision between the currently operating satellites and the space debris is continuously increasing. Therefore, in this study, we designed one-degree-of-freedom capture device using simple deployment mechanism. The capture device consists of four link groups connected with net. To increase the reliability, each link group is connected to one driving part so that the total degree of freedom is 1. In addition, the links were stowed on each side of the satellites so that they would not affect the janitor satellite mission. Finally, to confirm the possibility of deployment in the space environment, we carried out deployment experiments in water similar to the microgravity environment, and confirmed the deployment of capture device and the possibility of capturing target satellite.
As the space debris in the satellite orbit increases, the risk of collision between the currently operating satellites and the space debris is continuously increasing. Therefore, in this study, we designed one-degree-of-freedom capture device using simple deployment mechanism. The capture device consists of four link groups connected with net. To increase the reliability, each link group is connected to one driving part so that the total degree of freedom is 1. In addition, the links were stowed on each side of the satellites so that they would not affect the janitor satellite mission. Finally, to confirm the possibility of deployment in the space environment, we carried out deployment experiments in water similar to the microgravity environment, and confirmed the deployment of capture device and the possibility of capturing target satellite.
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가설 설정
본 연구에서는 저궤도 상의 우주 잔해 중 2번의 충돌 위험이 있었던 과학기술위성 3호를 포획대상으로 선정하였다. 대상 위성은 궤도 내에서 일정한 속도로 비행하고 있으며 자세를 제어할 수 없다고 가정하였다. 따라서 janitor 위성은 대상 위성과 비슷한 속도로 궤도를 돌며 접근하여 대상 위성의 자세와 관계없이 포획할 수 있어야 하며, 포획 시 janitor 위성에 손상이 없어야한다.
미세중력 상태를 모사하기 위해 수중에서 실험을 수행 하였다. 물의 온도는 상온(20°C)으로 가정하였다. 각 링크들은 3D프린터(GIANTBOT G5P)를 이용해 제작하였으며, 밀도 1.
미세중력 환경을 모사한 수중전개실험에서 링크에 가해지는 지배적인 힘은 유체의 항력으로 가정하였다. 링크가 회전운동을 하므로 링크의 전개 속도는 링크중 심점의 회전에 의한 선속도로 가정하였다.
미세중력 환경을 모사한 수중전개실험에서 링크에 가해지는 지배적인 힘은 유체의 항력으로 가정하였다. 링크가 회전운동을 하므로 링크의 전개 속도는 링크중 심점의 회전에 의한 선속도로 가정하였다. 수조 내에서 실험하였으므로, 유체 속도는 링크의 속도로 가정 하였다.
링크가 회전운동을 하므로 링크의 전개 속도는 링크중 심점의 회전에 의한 선속도로 가정하였다. 수조 내에서 실험하였으므로, 유체 속도는 링크의 속도로 가정 하였다. 전개 실험에서 모터의 회전속도는 15 RPM으로 하였다.
제안 방법
본 논문에서는 포획 방식에 사용되는 포획 장치를 제시하였다. 본 논문에서 제안하는 장치는 포획장치를 탑재한 janitor 위성이 자신과 같거나 작은 크기의 폐위성을 포획할 수 있도록 설계 되었으며, 위성이 임무를 수행 중일 때는 임무 수행에 방해가 되지 않도록 위성의 옆면에 수납하였다.
본 논문에서는 포획 방식에 사용되는 포획 장치를 제시하였다. 본 논문에서 제안하는 장치는 포획장치를 탑재한 janitor 위성이 자신과 같거나 작은 크기의 폐위성을 포획할 수 있도록 설계 되었으며, 위성이 임무를 수행 중일 때는 임무 수행에 방해가 되지 않도록 위성의 옆면에 수납하였다. 구동부는 하나의 동력원으로 전개 및 포획이 가능하도록 설계하여 안정성을 높였다.
본 연구에서는 대상 물체의 가장 긴 변을 지름으로 하는 구체를 포획 및 구속할 수 있도록 포획장치를 설계하였다. 또한 위성 발사 시 부피가 제한됨을 고려하여 수납효율 향상을 도모하였다.
또한 위성 발사 시 부피가 제한됨을 고려하여 수납효율 향상을 도모하였다. 포획장치는 4개의 링크군을 갖도록 구성하고, 각 링크군의 전개 시 링크간 맞닿는 단면각도에 의해 대상물체를 충분히 구속 할수 있는 공간을 형성하도록 하였다(Fig. 2 a)).
결과적으로 reel을 회전시키기 위한 모터의 토크T는위 식에 의해 약 2.4 Nm로 나타나 이를 만족하는 ㈜ 맥슨모터코리아의 EC motor EC-i40 BLD 50W KL 2WE A 모터를 사용하여 전개실험을 수행하였다.
본 연구에서는 다수의 링크로 구성된 우주잔해 제거용 1 자유도 포획장치를 제안하였다. 제안된 포획장치는 janitor 위성의 임무 수행에 미치는 영향을 최소화 하기 위해 위성의 측면에 4개의 링크군을 접힌 상태로 수납하도록 설계되었다.
본 연구에서는 다수의 링크로 구성된 우주잔해 제거용 1 자유도 포획장치를 제안하였다. 제안된 포획장치는 janitor 위성의 임무 수행에 미치는 영향을 최소화 하기 위해 위성의 측면에 4개의 링크군을 접힌 상태로 수납하도록 설계되었다. 각각의 링크군은 단일 구동축의 회전 시 링크 내부에 연결된 kevlar wire가 구동축에 연결된 reel에 감기면서 전개된다.
각각의 링크군은 단일 구동축의 회전 시 링크 내부에 연결된 kevlar wire가 구동축에 연결된 reel에 감기면서 전개된다. 메커니즘의 구현 가능성을 검증하기 위해 3D printer를 이용하여 1/6 축소모델을 제작하였으며, 미세중력 환경을 모사한 수중 전개실험을 통해 링크와 링크, 링크와 net사이에 간섭 없이 전개되는 것을 확인하였다. 그러나 제안된 포획장치는 전개된 후의 구조적 특성 및 요구조건, 포획 대상의 텀블링에 관한 고려, 우주 환경에서의 적합성 등에 관한 추가적인 연구가 필요하다.
대상 데이터
본 연구에서는 저궤도 상의 우주 잔해 중 2번의 충돌 위험이 있었던 과학기술위성 3호를 포획대상으로 선정하였다. 대상 위성은 궤도 내에서 일정한 속도로 비행하고 있으며 자세를 제어할 수 없다고 가정하였다.
본 연구에서는 제작 및 실험의 용이성을 위하여 실제모델의 1/6 축소모델을 제작하였다. 축소모델의 포획 가능 대상 크기는 지름 478mm의 구체이며, 최소폭 144.
본 연구에서는 제작 및 실험의 용이성을 위하여 실제모델의 1/6 축소모델을 제작하였다. 축소모델의 포획 가능 대상 크기는 지름 478mm의 구체이며, 최소폭 144.27 mm이다. 목표 대상을 어떠한 자세에서도 포획할 수 있으며, 대상이 포획장치를 빠져나가지 않도록 설계하였다.
물의 온도는 상온(20°C)으로 가정하였다. 각 링크들은 3D프린터(GIANTBOT G5P)를 이용해 제작하였으며, 밀도 1.26 g/cm3의 PLA(Polylactic acid) 를 재료로 사용하였다. 링크의 내부는 22%만을 재료로 채워 제작하도록 설정하였으며, 링크의 벽면 두께는 2.
성능/효과
전개 후 ratchet에 의해 형상이 유지되어 대상 물체를 포획 시 대상 물체가 구속된 상태를 유지하도록 한다. 미세중력 환경 모사 실험을 통해서 포획장치가 원활히 구동되는 것을 확인하였다.
후속연구
메커니즘의 구현 가능성을 검증하기 위해 3D printer를 이용하여 1/6 축소모델을 제작하였으며, 미세중력 환경을 모사한 수중 전개실험을 통해 링크와 링크, 링크와 net사이에 간섭 없이 전개되는 것을 확인하였다. 그러나 제안된 포획장치는 전개된 후의 구조적 특성 및 요구조건, 포획 대상의 텀블링에 관한 고려, 우주 환경에서의 적합성 등에 관한 추가적인 연구가 필요하다. 향후 추가적인 연구를 통해 실제 우주 환경에서 작동 가능한 우주 잔해 제거용 포획장치 개발이 가능할 것으로 기대된다.
그러나 제안된 포획장치는 전개된 후의 구조적 특성 및 요구조건, 포획 대상의 텀블링에 관한 고려, 우주 환경에서의 적합성 등에 관한 추가적인 연구가 필요하다. 향후 추가적인 연구를 통해 실제 우주 환경에서 작동 가능한 우주 잔해 제거용 포획장치 개발이 가능할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 논문에서 제안된 포획장치의 구동부는 무엇으로 구성되어 있는가
제안된 포획장치의 구동부는 Fig. 4 와 같이 reel, ratchet, reel supporter로 구성되어있다. Rachet과 satellite body는 4 지점에서 볼트 체결을 하여 고정하였으며, reel이 위성에 고정되어 회전할 수 있도록 supporter를 추가하였다.
우주 잔해 제거 방식은 어떠한 것들이 있는가
또한, 우주 잔해 및 폐위성과의 충돌 위험성을 방지하고자 다양한 방안을 제시하였다[4-7]. 우주 잔해 제거 방식에는 가항력 돛을 이용하여 저궤도에서 이탈하는 방식인 완화 방식(Mitigation method)[4,5], 지상에서 레이저포를 발사하여 제거하는 지상 제어 방식(Ground control method)[6]과 궤도상에서 직접 잔해를 수거하는 방식인 포획 방식(Capture method)이 있다[5,7]. 실제로 세계 각국에서는 이런 다양한 방식을 기반으로 한 능동적인 우주잔해 제거장치의 연구 및 개발을 진행하고 있다[8].
우주 잔해 완화를 위한 지침을 발표한 배경은 무엇인가
최근 활발한 우주 개발과 위성 발사에 의해 임무 수명이 종료된 폐위성과 임무 수행중인 위성간의 충돌 위험성이 증가하고 있다[1,2].따라서, 2007년 UN 외기권 평화적 이용 위원회(COPUOS)의 승인 아래 우주 잔해 완화를 위한 지침을 발표 하였다[3].
참고문헌 (10)
T. Schildknecht, "Optical surveys for space debris." Astronomy and Astrophysics Review, vol. 14, pp. 41-111, January 2007
Y. Jung, "Recent status of international norms under discussion for outer space activities and its roles.", Journal of The Society for Aerospace System Engineering, vol. 8, no. 2, pp. 1-6, June 2014
"IADC space debris mitigation guidelines." Inter-Agency Space Debris Coordination Committee, IADC-02-01 Revision. 1, September 2007
V. Y. Banine, L. P. Bakker, V. V. Ivanov, J. H. J. Moors, G. G. Zukavishvili, and A. Veefkind, "Lithographic apparatus having a debris-mitigation system, a source for producing EUV radiation having a debris mitigation system and a method for mitigating debris." U.S. Patent No. 7,251,012. 31, Jul 2007
M. Shan, J. Guo, and E. Gill, "Review and comparison of active space debris capturing and removal methods." Progress in Aerospace Sciences, vol. 80, pp. 18-32, January 2016
Z. Guang, and Z. Jing-rui, "Space tether net system for debris capture and removal." , 2012 4th International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics(IHMSC). IEEE, Vol. 1, pp. 257-261, 2012
H. Kim, M. Kim, "Research trends on space debris removal using a cubesat.", The Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, vol. 43.9, pp. 845-857, September 2015
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