KR100809588B1 - Method and apparatus for micro-satellite separation test - Google Patents

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Abstract

An apparatus for a micro-satellite separation test is provided to accomplish technical independence and localization of satellite separation technology. An apparatus for a micro-satellite separation test includes a satellite separation test stand(2), a satellite simulator(3), a drop impact absorption structure(4), a high speed camera(5), a signal collector(6), a separation command device(7), and a satellite separation speed and angular speed calculation software(8). The satellite separation test stand is coupled to a satellite separation apparatus. The drop impact absorption structure absorbs drop impact of the satellite simulator. The high speed camera measures the satellite separation speed. The separation command device outputs a separation signal to the satellite separation apparatus. The satellite separation speed and angular speed calculation software calculates a separation velocity and a separation angular velocity by analyzing the signals.

Description

소형 위성 분리 시험장치{Method and apparatus for micro-satellite separation test}Small satellite separation test device {Method and apparatus for micro-satellite separation test}

도 1은 본 발명에 따른 소형 위성 분리 시험장치의 구성도,1 is a block diagram of a small satellite separation test apparatus according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 소형 위성 분리 시험장치의 위성 시뮬레이터 내부의 센서 배치도.Figure 2 is a sensor layout inside the satellite simulator of the small satellite separation test apparatus according to the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

1 : 소형 위성 분리 장치1: small satellite separator

2 : 위성 분리 시험 스탠드2: satellite separation test stand

2a : 낙하물 이탈 방지 그물2a: Fallen drop prevention net

3 : 위성 시뮬레이터3: satellite simulator

3a : 3축 가속도계 3b : 3축 각속도계3a: 3-axis accelerometer 3b: 3-axis angular accelerometer

3b-1 : y방향 각속도계 3b-2 : z방향 각속도계3b-1: angular speed meter in y direction 3b-2: angular speed meter in z direction

3b-3 : x방향 각속도계3b-3: x direction angular speedometer

4 : 낙하 충돌 흡수 구조물4: drop collision absorbing structure

5 : 고속 카메라5: high speed camera

6 : 신호 수집기6: signal collector

7 : 위성 분리 명령 장치7: satellite separation command device

8 : 위성 분리 속도 및 각속도 산출용 소프트웨어8: Software for calculating satellite separation speed and angular velocity

본 발명은 소형 위성 분리 시험장치에 관한 것으로, 위성 분리 장치에 의한 소형 위성의 분리 속도 및 각속도의 정확한 실측을 위한 것으로서, 구체적으로는 위성 분리시 중력 이외의 다른 외력이 작용하지 않도록 질량 특성을 실제 위성과 동일하게 제작한 위성 시뮬레이터를 자유 낙하시키고, 이때 위성의 속도 및 각속도를 측정할 수 있도록 하는 시험 구성과 측정 방법을 제공하고, 실제 위성 분리시의 무중력 상태에서의 위성 분리 속도 및 각속도는 수학적 연산에 의한 후처리 방법에 의해 정확하게 산출할 수 있도록 하기 위한 소형 위성 분리 시험장치에 관한 것이다.The present invention relates to a small satellite separation test apparatus, and to accurately measure the separation speed and the angular velocity of a small satellite by the satellite separation device. Specifically, the mass characteristics of the satellite are separated so that external force other than gravity does not work. It provides a test configuration and measurement method to free-fall a satellite simulator manufactured in the same way as the satellite, and to measure the velocity and angular velocity of the satellite. The present invention relates to a small satellite separation test apparatus for accurate calculation by a post-processing method by calculation.

위성을 목표한 궤도에 진입시키기 위하여 사용되는 우주 발사체는 특정 시점에 위성을 구속하고 있는 구속 장치를 해제시켜 위성을 발사체로부터 분리하여야 한다. 이때 위성은 발사체와의 충돌 회피를 위해 발사체로부터 미리 정해진 양의 상대 속도를 가지고 분리되며, 이와 같은 속도는 위성 분리 장치의 주요 요소 중 하나인 위성 분리 스프링 등에 의한 기계적인 장치에 의해 수행된다. 이와 같은 방법으로 위성이 분리되는 경우 위성의 무게 중심과 다수의 위성 분리 스프링에 의한 합력 벡터가 일직선상에 있지 않은 경우에는 위성이 분리되면서 회전하게 되고, 위성은 분리 후 자세 제어를 통하여 안정된 자세를 취하기 위한 노력을 하게 된다. 위성 자세 제어시 위성은 추진력 등을 사용하게 되며, 이는 위성의 임무 기간 동안 사용할 한정된 에너지를 사용한다는 점에서 분리 각속도가 작을수록 위성 수명에 매우 유리하다 할 수 있다. 이와 같은 이유로 발사체는 위성을 분리할 때 위성에 주어야하는 상대 속도 및 상대 각속도치를 미리 정하게 되며, 지상 시험으로부터 그 성능을 검증한 후 위성 발사를 수행하게 된다. 특히 위성이 소형인 경우에는 대형 위성의 경우와는 달리 위성의 관성 모멘트가 작기 때문에 위성 분리 힘 벡터가 위성의 무게 중심과 작은 값이 어긋나더라도 위성의 분리 각속도는 큰 영향을 받게 되어, 분리 속도 및 각속도의 측정이 매우 중요하다. 기존에는 반질량 또는 인위적인 힘으로 위성을 들어올려 위성 무게만큼 보정한 상태에서 위성 분리 시험을 수행하였는데, 이와 같은 구성에서는 중력뿐만 아니라 위성을 들어올리는 인위적인 힘이 위성에 동시에 작용한다. 이와 같은 상황에서는 인위적인 힘에 의한 힘 벡터를 정확하게 측정하기 힘들기 때문에 외력의 영향을 배제하여 위성 분리 속도 및 각속도를 산출하기가 힘들며, 특히 외력의 변화에 민감한 소형 위성 분리 시험에서는 왜곡된 분리 각속도 측정치를 산출하므로 적절한 시험 방법이라 할 수 없다.Space launch vehicles used to enter the satellite in orbit should release the satellite from the projectile by releasing the restraining device that constrains the satellite at a given point in time. In this case, the satellite is separated from the projectile at a predetermined amount of relative speed to avoid collision with the projectile, and this speed is performed by a mechanical device such as a satellite separation spring, which is one of the main elements of the satellite separation device. When the satellites are separated in this way, if the center of gravity of the satellites and the force vector by the multiple satellite separation springs are not in a straight line, the satellites are rotated while the satellites are separated. Make an effort to get drunk. In satellite attitude control, the satellite uses propulsion and the like, which uses limited energy to be used during the mission of the satellite. Thus, the smaller the angular velocity, the more favorable the satellite life. For this reason, the projectile decides in advance the relative velocity and relative angular velocity values to be given to the satellite when the satellite is separated, and performs the satellite launch after verifying its performance from the ground test. In particular, when the satellite is small, the moment of inertia of the satellite is small, unlike in the case of large satellites, even if the satellite separation force vector is smaller than the center of gravity of the satellite, the separation angular velocity of the satellite is greatly affected. The measurement of angular velocity is very important. Previously, satellite separation tests were carried out with half-mass or artificial force lifted and calibrated by satellite weight. In this configuration, not only gravity but also artificial force to lift the satellite acts on the satellite simultaneously. In such a situation, it is difficult to accurately measure the force vector caused by an artificial force, so it is difficult to calculate the satellite separation speed and angular velocity without the influence of external forces. It is not an appropriate test method because it is calculated.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 위성 발사체의 위성 분리시 위성에 부가되는 상대 속도 및 상대 각속도를 정밀하게 측정하기 위한 소형 위성 분리 시험장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to provide a small satellite separation test apparatus for precisely measuring the relative velocity and relative angular velocity added to the satellite during satellite separation of the satellite projectile in order to solve the above conventional problems.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 소형 위성 분리 시험장치는, 소형 위성 분리시의 위성 분리 속도 및 각속도의 분리 성능 검증 시험장치에 있어서, 위성 분리시 위성에 불확실한 외력이 작용하지 않고 중력만 작용할 수 있도록 지면에 수평하게 설치되고, 분리 운동 분석을 위한 신호 수집이 가능한 높이를 가지며, 낙하 운동이 가능하도록 한 위성 분리 시험 스탠드; 무게, 무게중심, 관성 모멘트의 질량 특성이 실물과 동일하도록 제작되며, 내부에 3축 방향의 가속도를 측정할 수 있는 가속도계와, 3축 방향의 각속도를 측정할 수 있는 3개의 각속도계를 내장한 위성 시뮬레이터; 분리 속도를 측정할 수 있도록 하는 고속 카메라; 및 신호 측정 후 후처리를 통하여 무중력 상황에서의 분리 속도 및 분리 각속도를 연산할 수 있는 소프트웨어;를 포함함으로써 달성된다.In order to achieve the above object, the small satellite separation test apparatus of the present invention, in the separation performance verification test device of the satellite separation speed and angular velocity at the time of the small satellite separation, the uncertainty does not act on the satellite at the time of satellite separation without gravity A satellite separation test stand installed horizontally on the ground so as to operate, having a height capable of collecting signals for separation motion analysis, and allowing drop motion; The mass characteristics of weight, center of gravity, and moment of inertia are the same as the real one, and an internal accelerometer for measuring acceleration in three axes and three angular speed meters for measuring angular speed in three directions Satellite simulator; A high speed camera allowing measurement of the separation speed; And software capable of calculating the separation speed and the separation angular velocity in the zero gravity situation through post-processing after signal measurement.

또한, 상기 위성 시뮬레이터는, 내부에 충격 가속도 및 방향별 각속도를 측정할 수 있도록 내부 바닥면에 위치한 3축 가속도계와, 일측 내벽에 위치한 y방향 각속도계와, 상기 y방향 각속도계에 인접한 내벽에 위치한 z방향 각속도계와, 상단 하부면에 위치한 x방향 각속도계로 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the satellite simulator, a three-axis accelerometer located on the inner bottom surface to measure the impact acceleration and the angular velocity for each direction therein, the y-direction angular velocity meter located on one inner wall, and located on the inner wall adjacent to the y-direction angometer It is characterized in that it is disposed in the z-direction angometer and the x-direction angometer located on the upper lower surface.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 소형 위성 분리 시험장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 소형 위성 분리 시험장치의 위성 시뮬레이터 내부의 센서 배치도이다.1 is a configuration diagram of a small satellite separation test apparatus according to the present invention, Figure 2 is a sensor arrangement diagram inside the satellite simulator of the small satellite separation test apparatus according to the present invention.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명인 소형 위성 분리 시험장치는, 위성 분리시 불확실한 외력에 의한 영향을 배제하고 추후 해석적으로 제거 가능한 외력만 작용할 수 있도록 자유 낙하를 구현할 수 있고, 분리 속도 및 각속도 측정에 필요한 시간을 제공할 수 있는 높이를 가지며, 위성 어댑터 및 분리 장치로 이루어지는 소형 위성 분리장치(1)가 결합 되는 위성 분리 시험 스탠드(2)와, 실제 위성의 질량, 질량 중심, 관성 모멘트 등의 질량 특성을 모사하는 위성 시뮬레이터(3)와, 위성 시뮬레이터(3)의 낙하시 지면과의 충돌력을 감쇄시키기 위한 낙하 충돌 흡수 구조물(4)과, 위성 분리 속도를 측정할 수 있는 고속 카메라(5)와, 위성 시뮬레이터(3)의 내부에 3축 방향으로 설치되는 각속도계(3b) 및 분리 충격 신호를 측정할 수 있는 가속도계(3a) 및 이를 측정할 수 있는 신호 수집기(6)와, 위성 분리 장치(1)에 분리 신호를 주는 분리 명령 장치(7)와, 측정된 신호를 분석하여 실제 무중력 상황에서의 분리 속도 및 분리 각속도를 산출할 수 있는 위성 분리 속도 및 각속도 산출용 소프트웨어(8)로 구성된다.
특히, 상기 소형 위성 분리장치(1)의 위성 어댑터는, 위성 분리 시험 스탠드(2)와 결합 되며 상기 소형 위성 분리장치(1)의 분리 장치는, 상기 위성 어댑터와 위성 시뮬레이터(3)를 상호 결합하며, 상기 분리 명령 장치(7)에서 분리신호가 상기 소형 위성 분리 장치(1)에 전달되며 분리신호를 전달받은 상기 소형 위성 분리 장치(1)의 분리 장치에서 상기 위성 시뮬레이터(3)를 분리시키게 된다.As shown in FIGS. 1 and 2, the small satellite separation test apparatus of the present invention may implement a free fall so that only an external force that can be analytically removed after the separation of the satellite is excluded and the influence of an uncertain external force is removed. A satellite separation test stand (2) having a height capable of providing the time required for velocity and angular velocity measurements, combined with a small satellite separator (1) consisting of a satellite adapter and a splitter, and the mass, center of mass, A satellite simulator 3 that simulates mass characteristics such as an inertia moment, a drop collision absorbing structure 4 for reducing the collision force with the ground during the fall of the satellite simulator 3, and a satellite separation speed can be measured. An accelerometer 3a capable of measuring a high speed camera 5, an angular velocity meter 3b installed in three axes in the satellite simulator 3, and a separate shock signal, and And a signal collector 6 capable of measuring the separation signal, a separation command device 7 which gives a separation signal to the satellite separation device 1, and a measured signal to analyze the separation speed and the separation angular velocity in the actual zero gravity situation. And software 8 for calculating satellite separation speed and angular velocity.
In particular, the satellite adapter of the small satellite separator 1 is coupled with the satellite separation test stand 2 and the separation device of the small satellite separator 1 is coupled to the satellite adapter 3 and the satellite simulator 3. And a separation signal transmitted from the separation command device 7 to the small satellite separation device 1 and separating the satellite simulator 3 from a separation device of the small satellite separation device 1 that receives the separation signal. do.

그리고, 도 2를 참조하면, 상기 위성 시뮬레이터(3)는, 내부에 충격 가속도 및 방향별 각속도를 측정할 수 있도록 내부 바닥면에 위치한 3축 가속도계(3a)와, 일측 내벽에 위치한 y방향 각속도계(3b-1)와, 상기 y방향 각속도계(3b-1)에 인접한 내벽에 위치한 z방향 각속도계(3b-2)와, 상단 하부면에 위치한 x방향 각속도계(3b-3)로 배치된다.And, referring to Figure 2, the satellite simulator 3, the three-axis accelerometer (3a) located on the inner bottom surface and the y-direction angular speedometer located on one inner wall to measure the impact acceleration and angular velocity for each direction therein (3b-1), z-direction angular speedometer (3b-2) located on the inner wall adjacent to the y-direction angular speedometer (3b-1), and x-direction angular speedometer (3b-3) located on the upper lower surface. .

이상에서 본 발명을 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정하지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.While the present invention has been illustrated and described with respect to preferred embodiments, the invention is not limited to the above-described embodiments, and is commonly used in the field of the invention without departing from the spirit of the invention as claimed in the claims. Anyone with a variety of variations will be possible.

이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 본 발명은 위성 발사체 개발에 필수적인 위성 분리 기술 및 분석의 기술 자립 및 국산화가 가능하며, 외국 발사체 관련 사업자의 유사 장치에 관한 국내 산업 재산권 획득시 발생할 수 있는 기술 종속의 문제를 해결할 수 있다.According to the present invention described above, the present invention is capable of independence and localization of satellite separation technology and analysis necessary for the development of satellite projectiles, and technology dependence that may occur when acquiring domestic industrial property rights related to similar devices of foreign projectile-related operators. Can solve the problem.

Claims (2)

소형 위성 분리시의 위성 분리 속도 및 각속도의 분리 성능 검증 시험장치에 있어서,In the test apparatus for verifying the separation performance and separation speed of the satellite at the time of small satellite separation, 위성 분리시 위성에 불확실한 외력이 작용하지 않고 중력만 작용할 수 있도록 지면에 수평하게 설치되고, 분리 운동 분석을 위한 신호 수집이 가능한 높이를 가지며, 낙하 운동이 가능하도록 한 위성 분리 시험 스탠드(2);A satellite separation test stand (2) installed horizontally on the ground so that only gravity may act on the satellite during satellite separation, and having a height capable of collecting signals for analysis of separation motion, and allowing drop motion; 무게, 무게중심, 관성 모멘트의 질량 특성이 실물과 동일하도록 제작되며, 내부에 3축 방향의 가속도를 측정할 수 있는 가속도계(3a)와, 3축 방향의 각속도를 측정할 수 있는 3개의 각속도계(3b)를 내장한 위성 시뮬레이터(3);The mass characteristics of weight, center of gravity, and moment of inertia are the same as the real object, and the accelerometer 3a can measure acceleration in the 3-axis direction, and the three angular speed meters can measure the angular velocity in the 3-axis direction. A satellite simulator 3 incorporating 3b; 분리 속도를 측정할 수 있도록 하는 고속 카메라(5); 및A high speed camera 5 to measure the separation speed; And 신호 측정 후 후처리를 통하여 무중력 상황에서의 분리 속도 및 분리 각속도를 연산할 수 있는 소프트웨어(8);Software 8 capable of calculating separation speed and separation angular velocity in a zero gravity situation through post-processing after signal measurement; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 위성 분리 시험장치.Small satellite separation test apparatus comprising a. 제 1항에 있어서, 상기 위성 시뮬레이터(3)는,According to claim 1, The satellite simulator (3), 내부에 충격 가속도 및 방향별 각속도를 측정할 수 있도록 내부 바닥면에 위치한 3축 가속도계(3a)와, 일측 내벽에 위치한 y방향 각속도계(3b-1)와, 상기 y방향 각속도계(3b-1)에 인접한 내벽에 위치한 z방향 각속도계(3b-2)와, 상단 하부면 에 위치한 x방향 각속도계(3b-3)로 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 위성 분리 시험장치.3-axis accelerometer 3a located on the inner bottom surface, y-direction angular speedometer 3b-1 located on one inner wall to measure impact acceleration and angular velocity for each direction, and y-direction angular speedometer 3b-1. Small satellite separation test apparatus, characterized in that it is disposed in the z-direction angometer (3b-2) located on the inner wall adjacent to the x, and the x-direction angular speedometer (3b-3) located on the upper lower surface.
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