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탄성 스프링으로 구동되는 우주 전개 구조물
Deployable Spatial Structures Operated by Elastic Spring Members 원문보기

한국공간구조학회지 = Journal of Korean Association for Spatial Structures, v.19 no.1, 2019년, pp.6 - 11  

김재열 (협성대학교 건축공학과) ,  우밍어 (상해 통지대학 건설공학과)

초록이 없습니다.

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문제 정의

  • ZJU-피코-위성 II 미션에 적용된 단층 전개형구조물 모형 설계의 개략적 사항에 대해 소개하고자 한다.
  • 구조물의 세부적인 설계와 실현 가능성도 살펴보았다. 질량을 줄이기 위하여 조인트의 형상을 최적화 하고자 하였으며, 최적화 된 조건에 맞는 구조물의 부품을 제작하여 16m 직경을 가진 전개형 구조물 모형을 만들어 보았다.
  • 본 기사에서는 우리가 주변에서 쉽게 볼 수 있는 스프링 탄성 제품을 구동축으로 하는 단층 전개형 트러스 구조물을 소형 위성에 적용할 수 있도록 참고문헌1-4)을 중심으로 소개하고자 한다. 접힌 상태에서 평면 정육각형으로 자체 전개가 가능하도록 설계 및 제작된 단층 전개형 트러스 구조물의 전개성과 사용성을 수치 해석을 통해 입증하는 방법을 알아보고자 한다.
  • 본고에서는 스프링 탄성 부품으로 구동되는 단층 전개형 트러스 구조물의 개념 설계 및 점검 사항을 소개한다. 단층 전개형 트러스 구조물의 설계 개념은 전개된 상태에서 단층 평면 형상의 형성을 겨냥한다는 점에서 기존의 트러스 안테나와 구별된다.
  • 본고에서는 탄성 모터 없이 탄성 부품으로 구동되는 단층 전개형 트러스 구조물을 소개하였다. 가장 중요한 특성 중 하나로 비틀림 스프링에 저장된 에너지는 전개를 구동할 뿐만 아니라 전개된 구조물의 강성과 평탄도를 유지하는 기능도 한다.
  • 이와 더불어 실제 위성에서 매우 중요한 평탄도와 모드 주파수(Modal frequency)를 포함하여 전개된 상태에서 새롭게 제안되는 트러스 구조의 사용성도 살펴본다.
  • 을 중심으로 소개하고자 한다. 접힌 상태에서 평면 정육각형으로 자체 전개가 가능하도록 설계 및 제작된 단층 전개형 트러스 구조물의 전개성과 사용성을 수치 해석을 통해 입증하는 방법을 알아보고자 한다.
  • 탄성체를 사용한 복잡하고 세밀한 위성용 전개구조물의 설계와 실제 사용하기 위한 사용성 점검방법에 대해서도 개략적으로 알아보았다. 제작 및 테스트, 조립된 형태, 조인트 부분 등 자세한 내용 및 데이터는 소개가 제한적이니 참고문헌을 참고하기 바란다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄성 중합체의 역할은 무엇인가? 미아드연결 구조물(Myard linkages)과 같은 다른 전개형 트러스 구조물과 달리 전개형 모듈은 크기가 동일한 관부재로만 이루어져 있으며, 모든 부재는 동일한 동적 거동을 보인다. 탄성 중합체는 전개 액추에이터와 반고정 장치 역할을 한다.
전개형 구조물은 어떻게 구동되는가? 또 다른 주요 요구 조건은 구동 시스템에 의해 크게 좌우되는 전개 절차이다. 전개형 구조물은 전기 모터 시스템, 팽창형 시스템,구조물 재료의 탄성 등을 기반으로 구동할 수 있다. 하지만 크기와 질량뿐만 아니라 전기 에너지에도 한계가 있는 소형 위성에 전기 모터 구동 시스템은 적절하지 않다.
전개형 트러스 구조물이 피코 및 나노 위성과 같은 소규모 우주 구조물에 더 적합한 이유는? 하지만 이러한 장점에도 불구하고 큰 크기의 위성 안테나에 대한 요구가 증가하면서 전 개형 트러스 구조물이 다른 혁신적인 구조물에 상응하는 성능을 달성하는 것이 어려워졌다. 문제의 주된 이유는 안테나의 크기가 커지면서 트러스 구조물에 요구되는 재료가 기하급수적으로 증가하게 되는데, 이로 인하여 안테나가 중량을 초과하여 발사 조건을 충족하지 못할 수 있다는 것이다. 이로 인하여 전개형 트러스 구조물은 피코 및 나노 위성과 같은 소규모 우주 구조물에 더 적합하다.
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참고문헌 (4)

  1. Wu, M., Zhang, T., Xiang, P., & Guan, F., "Single-Layer Deployable Truss Structure Driven by Elastic Components", Journal of Aerospace Engineering, Vol.32, No.2, 2019 

  2. Tuo, T. (2016). Driving System design and thermal analysis of the deployable structure with elastic element (Master's thesis). Tongji University, China. 

  3. Zhang, T., Wu, M., & Guan, F., "Deployment Study on a Single-Layer Deployable Truss Structure Driven by Elastic Components", Journal of the International Association for Shell and Spacial Structures, Vol.57, No.4, pp.285-294, 2016 

  4. Zhang, Y., Li, N., Yang, G., & Ru, W., "Dynamic analysis of the deployment for mesh reflector deployable antennas with the cable-net structure", Acta Astronautica, Vol.131, pp.182-189, 2017 

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