$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

열전도 패드가 적용된 6U 큐브위성용 태양전지판의 열적 특성 분석
Thermal Characteristics Investigation of 6U CubeSat's Deployable Solar Panel Employing Thermal Gap Pad 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.14 no.3, 2020년, pp.51 - 59  

김혜인 (조선대학교 항공우주공학과) ,  김홍래 ((주) 솔탑) ,  오현웅 (조선대학교 항공우주공학과)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

초소형 위성인 큐브위성의 경우 위성체의 제한적인 중량 및 부피를 고려하여 경량화 및 전기적 회로설계 측면에서 유리한 PCB 기반의 전개형 태양전지판이 폭넓게 적용되고 있으나, PCB의 낮은 두께 방향 열전도율로 인해 태양전지셀의 방열이 어려운 점이 있다. 본 논문에서 제안한 6U 큐브위성용 태양전지판은 PCB 기반의 태양전지판으로 제작되고, 판넬 외곽에 장착된 알루미늄 보강재 접속부에 열전도 패드가 적용된다. 따라서 판넬 전면부의 태양전지셀에서 방열면인 판넬 후면으로 열전달이 원활하도록 하여 PCB 적용에 따른 장점을 유지하면서도 방열성능을 극대화함으로서 태양전지셀 온도 하강에 따른 전력생성효율 향상이 가능한 장점을 갖는다. 본 연구에서 제안된 열전도 패드가 적용된 태양전지판의 열제어 측면에서의 유효성 입증을 위해 궤도 열해석을 통해 기존 PCB 태양전지판과 비교 분석을 실시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the case of cubesat, a PCB-based deployable solar panel advantageous in terms of weight reduction and electrical circuit design is widely used considering the limited weight and volume of satellites. However, because of the low thermal conductivity of PCB, there is a limit relative to heat dissip...

주제어

표/그림 (19)

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

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

문제 정의

  • 향후 6U 또는 그 이상의 큐브위성이 활발하게 개발될 것으로 예상됨에 따라 태양전지판의 면적도 점차 증가할 것이기에 상기의 방열성능과 함께 구조적 강성 및 중량 측면에서 보다 개선된 큐브위성용 태양전지판의 필요성이 점차 증대되고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 우주용 및 지상용 전장품에 활발히 적용되고 있는 열전도 패드의 특성에 주목하였다[10]. 열전도패드는 전도 열전달 성능을 향상시키기 위한 열적 인터페이스를 제공하는 부품이다.
  • [13]은 전자 패키지에 열전도 패드적용 시 발사진동환경 하에서 PCB의 굽힘거동 감소가 가능함을 입증하였다. 따라서 본 연구에서는 이와 같은 열전도 패드를 활용하여 열제어 및 진동측면에서 보다 향상된 성능을 갖는 태양전지판을 제안하였다.
  • 열해석 모델 구축 시 사용된 재료 및 열적 광학물성치를 Table 3에 나타내었다. 본 논문에서는 궤도환경에서 태양전지판의 방열성능 검증을 목적으로 하기에 Hot 조건에서 궤도해석을 수행하였으며, 해석 시 적용된 궤도 조건 및 궤도 프로파일은 Table 4 및 Fig. 8에 각각 나타내었다. 상기 궤도 조건의 경우, 태양전지셀이 태양광과 지구로부터 알베도 및 IR 복사 등의 궤도 열환경에 가장 극심하게 노출되는 자세로 설정하였다.
  • 본 논문에서는 기존에 주로 적용되었던 큐브위성용 PCB 기반 태양전지판의 단점을 보완하고자 열전도 패드를 적용하여 태양전지판의 방열성능 향상이 가능한 PCB 기반의 6U 태양전지판을 제안하였다. 제안된 태양전지판은 전기적 I/F구성의 용이성 및 가벼운 중량 등 PCB 기반 태양전지판의 장점을 유지함과 동시에 PCB 전후면 외곽에 부착된 열전도 패드를 통해 방열면인 후면으로의 효과적인 열전달이 가능하도록 한다.
  • 본 연구에서는 상기의 열전도 패드를 적용한 PCB 기반의 6U 규격 전개형 태양전지판을 제안하였다. 이는 태양전지셀 부착을 위해 전기적 I/F 구성의 용이성 및 중량 측면에서 이점을 갖는 PCB를 기반으로 구성된다.
  • 또한 패드에 압축률 부여를 위한 알루미늄 보강재는 판넬의 구조적 강성 보강이 가능하며, 점탄성 소재의 패드를 통해 발사 시 태양전지판에 가해지는 극심한 발사진동을 효과적으로 저감할 수 있다. 본 연구에서는 우선 제안된 개념과 같이 열전도 패드를 적용함에 따른 큐브위성용 태양전지판의 열제어 측면에서의 유효성을 해석적으로 검토하였다. 이를 위해 6U 규격의 PCB 태양전지판에 대한 궤도 열해석을 통해 열전도 패드 적용유무에 따른 비교분석을 실시하였다.

가설 설정

  • 상기 열해석 모델은 위성체로 인한 그림자 효과를 모사하기 위해 무게 및 크기가 고려된 6U 규격의 위성체 모델링을 포함하며, 위성체로 인한 영향성을 최소화하기 위해 열적 광학 물성치는 MLI로 가정하였다. 또한, 제안된 태양전지판은 원활한 방열을 위해 PCB 후면의 열설계는 높은 방사율의 Silver Teflon Tape로 가정하였다. 상기 열모델 은 Brick 및 Shell 요소로 모델링되었으며, 태양전지셀과 PCB 판넬간의 접촉은 판넬과 원활하게 열교환을 하는 것으로 가정하여 높은 열전도율인 2,000W/m-K을 적용 하였다.
  • 또한, 제안된 태양전지판은 원활한 방열을 위해 PCB 후면의 열설계는 높은 방사율의 Silver Teflon Tape로 가정하였다. 상기 열모델 은 Brick 및 Shell 요소로 모델링되었으며, 태양전지셀과 PCB 판넬간의 접촉은 판넬과 원활하게 열교환을 하는 것으로 가정하여 높은 열전도율인 2,000W/m-K을 적용 하였다. 또한 열전도 패드의 열전도도는 Eq.
  • 7과 같은 열해석 모델을 구축하였다. 상기 열해석 모델은 위성체로 인한 그림자 효과를 모사하기 위해 무게 및 크기가 고려된 6U 규격의 위성체 모델링을 포함하며, 위성체로 인한 영향성을 최소화하기 위해 열적 광학 물성치는 MLI로 가정하였다. 또한, 제안된 태양전지판은 원활한 방열을 위해 PCB 후면의 열설계는 높은 방사율의 Silver Teflon Tape로 가정하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
큐브위성의 목적은 무엇인가? 큐브위성은 교육적 목적뿐만 아니라 지구 및 천체관측, 통신망 구축, 과학실험을 비롯하여 중/대형 위성 개발을 위한 핵심 기술의 선행연구나 기술검증을 목적으로 활용되고 있다[1]. 최근 큐브위성의 임무는 고해상도의 관측임무, 심우주탐사, 행성탐사 등으로 점차 고도화됨에 따라 탑재임무장비의 고성능화가 요구되며, 이에 따라 위성체에서 요구되는 소모전력 또한 증가하고 있다.
셀의 온도상승을 최소화할 수 있는 열설계가 중요한 이유는? 위성체를 비롯한 태양전지판은 궤도상에서 태양광을 비롯해 지구로부터의 알베도 및 IR 복사 에너지를 포함하여 –270°C의 심우주에 노출됨에 따라 극심한 온도변화를 겪는다. 특히, 궤도상 일 구간에서 태양전지셀이 부착된 판넬 전면이 태양을 지속적으로 지향함에 따라 셀의 온도가 과도하게 상승하게 될 경우 전력생성효율이 저하되기에 가능한 셀의 온도상승을 최소화할 수 있는 열설계가 중요하다. 큐브위성용 전개형 태양전지판의 열설계는 주로 판넬 후면에 적절한 코팅을 적용함으로서 전면에 위치한 태양전지셀의 발열을 심우주로 방출하는 수동형 열제어 방식이 폭넓게 적용된다.
큐브위성에서 요구되는 전력을 충족시키기 위해 발사 시 수납되고 궤도상에서 전개되는 전개형 태양전지판이 폭넓게 적용되고 있는 이유는? 최근 큐브위성의 임무는 고해상도의 관측임무, 심우주탐사, 행성탐사 등으로 점차 고도화됨에 따라 탑재임무장비의 고성능화가 요구되며, 이에 따라 위성체에서 요구되는 소모전력 또한 증가하고 있다. 그러나 태양전지셀이 위성체에 고정될 경우, 태양전지셀 부착 및 태양지향이 가능한 면적이 한정적이다. 따라서 큐브위성에서 요구되는 전력을 충족시키기 위해 발사 시 수납되고 궤도상에서 전개되는 전개형 태양전지판이 폭넓게 적용되고 있다[2, 3].
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (16)

  1. S. A. Song, S. Y. Lee, H. R. Kim, and Y. K. Chang, “Development and Verification of Modular 3U Cubesat Standard Platform,” Journal of Aerospace System Engineering, Vol. 11, No. 5, pp. 65-75, 2017. 

  2. T. McGuire, M. Hirsch, M. Parsons, S. Leake, and J. Straub, "A CubeSat Deployable Solar Panel System," Proc. of SPIE, Vol. 9865, pp. 1-8, 2016. 

  3. C. Clark, "Huge Power Demand...Itsy-Bitsy Satellite: Solving the CubeSat Power Paradox," Proceedings of the 24th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, pp. 1-8, 2012. 

  4. https://www.endurosat.com/ 

  5. http://www.andrews-space.com/ 

  6. https://www.pumpkinspace.com/ 

  7. S. H. Kim, Y. G. Jung, B. S. Seo, J. K. Yang, and D. H. Park, “The Design of 6 inch Down-light by Optimization of the Optical and the Thermal Properties,” The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 60, No. 6, pp. 1178-1182, 2011. 

  8. https://www.isispace.nl/ 

  9. P. Hohn, "Design and Validation of an Articulated Solar Panel for CubeSats," 29th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, Poster Session-III, SSC15-P-41. https://digitalcommons.usu.edu/smallsat/2015/Poster3/1/ 

  10. R. Ramesham, “Reliability of Ceramic Column Grid Array (CCGA717) Interconnect Packages under Extreme Temperatures for Space Applications,” Journal of Microelectronics and Electronic Packaging, Vol. 7, No. 1, pp. 16-24, 2010. 

  11. http://www.parker.com/portal/site/PARKER/menuitem.223a4a3cce02eb6315731910237ad1ca/?vgnextoid8fc0d7196965e210VgnVCM10000048021dacRCRD&vgnextfmtdefault. 

  12. ECSS-Q-ST-70-20C, "Thermal Vacuum Outgassing Test for the Screening of Space Materials," European Cooperation for Space Standardization (ECSS) Secretariat ESA-ESTEC Requirements and Standards Division, Noordwijk, Netherlands, 2008. 

  13. T. Y. Park, S. H. Jeon, S. J. Kim, S. H. Jung, H. U. Oh, "Experimental Validation of Fatigue Life of CCGA 624 Package with Initial Contact Pressure of Thermal Gap Pads under Random Vibration Excitation," International Journal of Aerospace Engineering, Vol. 2018, pp. 1-12, 2018. 

  14. S. R. Tsitas, “6U CubeSat Design for Earth Observation with 6.5m GSD, Five Spectral Bands and 14Mbps Downlink,” The Aeronautical Journal, Vol. 114, No. 1161, pp. 689-697, 2010. 

  15. Thermal Desktop User's Guide, Ver. 5.8, Network Analysis Associates, Tempe, Az, 2006. 

  16. SINDA/FLUINT User's Guide, Ver. 5.8, Network Analysis Associates, Tempe, Az, 2006. 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

BRONZE

출판사/학술단체 등이 한시적으로 특별한 프로모션 또는 일정기간 경과 후 접근을 허용하여, 출판사/학술단체 등의 사이트에서 이용 가능한 논문

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로