KR101185386B1 - 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치 - Google Patents

인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인공위성에 설치된 채 회동되어 전개되는 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치에 있어서, 인공위성 안테나와 결합되는 삼각 형상의 프레임과, 상기 프레임의 일 변에 설치되어 변을 따라 슬라이드 이동됨에 의해 무게중심을 가변하는 제1 무게중심 이동유닛과, 상기 제1 무게중심 이동유닛에 설치되어 제1 무게중심 이동유닛과 수직 방향으로 슬라이드 이동됨에 의해 무게중심을 가변하는 제2 무게중심 이동유닛과, 상기 제1 무게중심 이동유닛이 설치된 프레임의 일 변과 대향되는 프레임의 꼭지점에 설치되어 제1 무게중심 이동유닛 측으로 슬라이드 이동됨에 의해 무게중심을 가변하는 제3 무게중심 이동유닛과, 일 측이 상기 제3 무게중심 이동유닛과 연결되는 연결 프레임과, 상기 연결 프레임의 타 측에 설치되는 헬륨 풍선을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 인공위성 전개형 안테나의 지구 중력에 의한 자중을 상쇄하면서 정밀한 얼라인먼트 측정 및 보정을 수행하고, 3차원 공간상에서 중력에 의한 영향을 받지 않으면서 안테나가 자유롭게 움직일 수 있어 정확한 전개시험을 실시할 수 있는 효과가 있다.

Description

인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치 {ZERO GRAVITY SIMULATION DEVICE FOR SATELLITE DEPLOYABLE ANTENNA ASSEMBLY AND TEST}
본 발명은 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공위성 전개형 안테나의 지구 중력에 의한 자중을 상쇄하면서 정밀한 얼라인먼트 측정 및 보정을 수행하고, 3차원 공간상에서 중력에 의한 영향을 받지 않으면서 안테나가 자유롭게 움직일 수 있어 정확한 전개시험을 실시할 수 있는 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치에 관한 것이다.
인공위성에는 통신 및 방송 등 그 임무에 따라 특수하게 제작되는 안테나 구조물이 탑재되어 진다.
일반적으로, 이러한 탑재 안테나는 발사과정에서 위성체를 제한된 발사체 공간에 적치시키기 위하여 접혀진 상태로 위성체에 고정되게 되고, 운용 궤도에 도달한 후에는 적절한 전개 매커니즘을 구동시켜 전개하게 된다.
인공위성 탑재 안테나는 인공위성의 임무운용을 위한 주요 탑재물인 만큼 지상시험을 통하여 탑재 안테나의 전개 매커니즘의 신뢰성을 검증하는 작업이 필요하다.
이러한 탑재 안테나의 전개 특성을 결정 짓는 주요 구성요소인 힌지(Hinge) 매커니즘과 안테나 고정부(HRM, Hold & Release Mechanism)는 무중력 환경에서의 운용을 목적으로 설계 및 제작되므로, 중력이 작용하는 지상에서 시험을 통하여 성능을 검증하기 위해서는 전개 과정 중 안테나에 작용하는 중력을 상쇄시켜 무중력 조건을 모사할 수 있어야 한다.
또한, 통신 및 방송을 목적으로 안테나를 주로 사용하는 정지궤도 위성은 지구 적도에서 36,000km 가량 떨어져 있으므로 작은 각도 오차로 인해서도 지구상에서 거리오차는 매우 커지게 되어 동일한 각도 오차에서도 저궤도 위성에 비해 60배 가량 더 큰 거리오차가 발생할 수 있다.
따라서, 전개형 통신 안테나는 매우 정밀한 얼라인먼트 정확도를 가져야하며 이는 자중뿐 아니라 미세한 진동이나 온도변화에 의한 열팽창으로도 변화될 수 있을 정도로 매우 정밀한 수준이다.
그러므로, 지상에서 수행한 전개형 안테나 얼라인먼트 측정 및 보정이 우주에서도 동일한 결과를 얻게 하기 위해서는 중력에 의한 구조물의 변형을 상쇄시켜야 한다.
그러나, 인공위성 탑재 안테나를 조립하거나 전개시험을 실시할 때, 무중력 환경을 모사할 수 있는 장치가 아직 개발되지 않아 인공위성 탑재 안테나의 조립 및 전개시험을 정확하게 실시할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 인공위성 전개형 안테나의 지구 중력에 의한 자중을 상쇄하면서 정밀한 얼라인먼트 측정 및 보정을 수행하고, 3차원 공간상에서 중력에 의한 영향을 받지 않으면서 안테나가 자유롭게 움직일 수 있어 정확한 전개시험을 실시할 수 있는 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 인공위성에 설치된 채 회동되어 전개되는 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치에 있어서, 인공위성 안테나와 결합되는 삼각 형상의 프레임과, 상기 프레임의 일 변에 설치되어 변을 따라 슬라이드 이동됨에 의해 무게중심을 가변하는 제1 무게중심 이동유닛과, 상기 제1 무게중심 이동유닛에 설치되어 제1 무게중심 이동유닛과 수직 방향으로 슬라이드 이동됨에 의해 무게중심을 가변하는 제2 무게중심 이동유닛과, 상기 제1 무게중심 이동유닛이 설치된 프레임의 일 변과 대향되는 프레임의 꼭지점에 설치되어 제1 무게중심 이동유닛 측으로 슬라이드 이동됨에 의해 무게중심을 가변하는 제3 무게중심 이동유닛과, 일 측이 상기 제3 무게중심 이동유닛과 연결되는 연결 프레임과, 상기 연결 프레임의 타 측에 설치되는 헬륨 풍선에 의해 달성된다.
또한, 상기 제1 무게중심 이동유닛은 상기 프레임의 일 변을 감싸도록 설치되어 변을 따라 슬라이드 이동되는 슬라이드 블록과, 상기 슬라이드 블록의 양 측에 설치되어 슬라이드 블록의 이동을 제한하는 스토퍼를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 무게중심 이동유닛은 상기 제1 무게중심 이동유닛에 수직 방향으로 설치되는 외주에 나사산이 형성된 원형 봉과, 상기 원형 봉에 끼워져 설치되어 원형 봉의 나사산을 따라 슬라이드 이동되는 다수의 원형 추를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 무게중심 이동유닛은 상기 제1 무게중심 이동유닛이 설치된 프레임의 일 변과 대향되는 프레임의 꼭지점에 설치되는 내부에 나사산이 형성된 중공 원통 형상의 하우징과, 상기 하우징에 삽입되어 설치되되, 하우징의 내부 나사산에 대응하는 나사산이 외주에 형성되어 회전에 의해 슬라이드 이동되는 원형 봉을 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결 프레임과 헬륨 풍선의 사이에 설치되는 다수의 추와, 내부에 수용공간이 형성되어 별도의 추를 거치하는 추 거치대를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결 프레임과 헬륨 풍선 사이에 설치되는 로드셀을 더 포함할 수 있다.
이에 의해, 인공위성 전개형 안테나의 지구 중력에 의한 자중을 상쇄하면서 정밀한 얼라인먼트 측정 및 보정을 수행하고, 3차원 공간상에서 중력에 의한 영향을 받지 않으면서 안테나가 자유롭게 움직일 수 있어 정확한 전개시험을 실시할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치가 인공위성 안테나에 설치된 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치의 일부 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치의 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치(200)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 인공위성 안테나(110)와 결합되는 삼각 형상의 프레임(210)과, 프레임(210)의 일 변에 설치되어 변을 따라 슬라이드 이동됨에 의해 무게중심을 가변하는 제1 무게중심 이동유닛(220)과, 제1 무게중심 이동유닛(220)에 설치되어 제1 무게중심 이동유닛(220)과 수직 방향으로 슬라이드 이동됨에 의해 무게중심을 가변하는 제2 무게중심 이동유닛(230)과, 제1 무게중심 이동유닛(220)이 설치된 프레임(210)의 일 변과 대향되는 프레임(210)의 꼭지점에 설치되어 제1 무게중심 이동유닛(220) 측으로 슬라이드 이동됨에 의해 무게중심을 가변하는 제3 무게중심 이동유닛(240)과, 일 측이 제3 무게중심 이동유닛(240)과 연결되는 연결 프레임(250)과, 연결 프레임(250)의 타 측에 설치되는 헬륨 풍선(260)과, 연결 프레임(250)과 헬륨 풍선(260)의 사이에 설치되는 다수의 추(270), 추 거치대(280) 및 로드셀(290)로 구성된다.
먼저, 프레임(210)은 세 개의 바 형태의 구조물이 삼각 형상으로 결합된 것으로, 각 꼭지점마다 안테나(110)와 연결되기 위한 연결부(211)가 형성되어 안테나(110)의 일 측면에 결합 고정된다.
그리고, 제1 무게중심 이동유닛(220)은 슬라이드 블록(221)과, 슬라이드 블록(221)의 양 측에 설치되는 스토퍼(222)로 구성된다.
슬라이드 블록(221)은 프레임(210)의 일 변 즉, 하나의 바 형태의 구조물을 감싸도록 설치되어 프레임(210)의 일 변을 따라 슬라이드 이동된다.
이때, 슬라이드 블록(221)의 양 측에 스토퍼(222)가 설치되어 이동된 슬라이드 블록(221)을 고정하거나, 고정된 슬라이드 블록(221)의 고정을 해제한다.
또한, 제2 무게중심 이동유닛(230)은 원형 봉(231)과, 원형 봉(231)에 끼워져 설치되는 다수의 원형 추(232)로 구성된다.
원형 봉(231)은 외주를 따라 나사산이 형성된 원 형상의 봉으로서, 제1 무게중심 이동유닛(220)의 슬라이드 블록(221)의 상부에 기립 설치되는데, 도 3의 x축 방향으로 기립되어 설치된다.
그리고, 원형 추(232)는 중앙부에 원형 봉(231)의 직경에 대응하는 체결공이 형성되어 원형 봉(231)에 끼워져 설치된다.
이때, 원형 추(232)의 체결공 내부에는 원형 봉(231)의 나사산에 대응하는 나사산이 형성되어 있어, 회전에 의해 원형 봉(231)을 따라 슬라이드 이동된다.
한편, 제3 무게중심 이동유닛(240)은 하우징(241)과, 하우징(241)에 끼워져 설치되는 원형 봉(242)으로 구성된다.
하우징(241)은 내부에 나사산이 형성되는 중공 원통 형상의 구조물로, 제1 무게중심 이동유닛(220)이 설치된 프레임(210)의 일변과 대향되는 프레임(210)의 꼭지점에 설치된다.
그리고, 원형 봉(242)은 외주를 따라 하우징(241)에 형성된 나사산에 대응하는 나사산이 형성된 원 형상의 봉으로서, 하우징(241)의 내부 중공에 끼워져 설치되어 회전에 의해 슬라이드 이동된다.
이때, 하우징(241)은 도 3의 z축 방향으로 설치되어 원형 봉(242) 또한 z축 방향으로 슬라이드 이동된다.
또한, 연결 프레임(250)은 바 형태의 구조물이 다수 회 굴곡지도록 형성된 대략 C자 형상의 구조물로, 일 측이 제3 무게중심 이동유닛(240)의 원형 봉(242)에 연결되도록 설치된다.
그리고, 연결 프레임(250)의 타 측에는 로드셀(290), 다수의 추(270) 및 추 거치대(280)이 순차적으로 연결 설치된다.
로드셀(290)은 무게를 측정하는 센서의 일종으로서, 일반적으로 널리 사용되는 것이므로 자세한 설명은 생략한다.
또한, 추(270) 및 추 거치대(280)는 헬륨 풍선(260)의 장력과 안테나(110)에 의해 발생하는 중력의 평형을 정밀 조절하기 위한 것으로, 추(270)는 일반적인 금속재질의 중량체로, 추 거치대(280)는 내부에 수용공간이 형성된 일반적인 용기로 마련된다.
이때, 별도의 추(미도시)를 마련하여 추 거치대(280)의 수용공간에 거치함으로써 중력과 장력의 평형을 보다 정밀하게 조절할 수 있다.
한편, 추 거치대(280)의 상부에는 헬륨 풍선(260)이 설치되어 프레임(210)에 결합된 안테나(110)에 장력을 인가한다.
상기와 같이 구성되는 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치는 헬륨 풍선(260)에 의해 안테나(110)를 상부 방향으로 끌어올림으로써 안테나(110)에 무중력 상태를 구현한다.
이때, 제1 내지 제3 무게중심 이동유닛(220, 230, 240)을 적절히 조절하여 안테나(110)의 무게중심을 이동시켜 보다 완벽한 무중력 상태를 구현하게 된다.
그리고, 무중력 상태 구현 후 헬륨 풍선(260) 내부의 헬륨 체적 변화에 의해 무중력 상태의 평형이 깨어질 수 있으므로, 지속적으로 로드셀(290)을 활용하여 하중에 대한 모니터링을 수행하고, 무중력 상태의 평형이 깨질 경우 추(270)와 추 거치대(280)에 수용된 추의 개수를 변화시켜 이를 해소할 수 있다.
상기와 같은 일련의 과정에 의해 인공위성 안테나의 자중을 상쇄하여 무중력 상태를 구현하기 때문에 정밀한 얼라인먼트 측정 및 보정을 수행하고, 3차원 공간상에서 중력에 의한 영향을 받지 않으면서 안테나가 자유롭게 움직일 수 있어 정확한 전개시험을 실시할 수 있는 효과가 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 것은 자명하다.
100 : 인공위성 본체 110 : 안테나
200 : 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치
210 : 프레임 211 : 연결부
220 : 제1 무게중심 이동유닛 221 : 슬라이드 블록
222 : 스토퍼 230 ; 제2 무게중심 이동유닛
231 : 원형 봉 232 ; 원형 추
240 : 제3 무게중심 이동유닛 241 : 하우징
242 : 원형 봉 250 ; 연결 프레임
260 : 헬륨 풍선 270 : 추
280 : 추 거치대 290 : 로드셀

Claims (6)

  1. 인공위성에 설치된 채 회동되어 전개되는 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치에 있어서,
    인공위성 안테나와 결합되는 삼각 형상의 프레임과;
    상기 프레임의 일 변에 설치되어 변을 따라 슬라이드 이동됨에 의해 무게중심을 가변하는 제1 무게중심 이동유닛과;
    상기 제1 무게중심 이동유닛에 설치되어 제1 무게중심 이동유닛과 수직 방향으로 슬라이드 이동됨에 의해 무게중심을 가변하는 제2 무게중심 이동유닛과;
    상기 제1 무게중심 이동유닛이 설치된 프레임의 일 변과 대향되는 프레임의 꼭지점에 설치되어 제1 무게중심 이동유닛 측으로 슬라이드 이동됨에 의해 무게중심을 가변하는 제3 무게중심 이동유닛과;
    일 측이 상기 제3 무게중심 이동유닛과 연결되는 연결 프레임과;
    상기 연결 프레임의 타 측에 설치되는 헬륨 풍선을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무게중심 이동유닛은,
    상기 프레임의 일 변을 감싸도록 설치되어 변을 따라 슬라이드 이동되는 슬라이드 블록과;
    상기 슬라이드 블록의 양 측에 설치되어 슬라이드 블록의 이동을 제한하는 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 무게중심 이동유닛은,
    상기 제1 무게중심 이동유닛에 수직 방향으로 설치되는 외주에 나사산이 형성된 원형 봉과;
    상기 원형 봉에 끼워져 설치되어 원형 봉의 나사산을 따라 슬라이드 이동되는 다수의 원형 추를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 무게중심 이동유닛은,
    상기 제1 무게중심 이동유닛이 설치된 프레임의 일 변과 대향되는 프레임의 꼭지점에 설치되는 내부에 나사산이 형성된 중공 원통 형상의 하우징과;
    상기 하우징에 삽입되어 설치되되, 하우징의 내부 나사산에 대응하는 나사산이 외주에 형성되어 회전에 의해 슬라이드 이동되는 원형 봉을 포함하는 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연결 프레임과 헬륨 풍선의 사이에 설치되는 다수의 추와;
    내부에 수용공간이 형성되어 별도의 추를 거치하는 추 거치대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연결 프레임과 헬륨 풍선 사이에 설치되는 로드셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공위성 전개형 안테나의 조립 및 시험을 위한 무중력 모사장치.
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KR101581274B1 (ko) 2014-09-15 2016-01-11 한국항공우주연구원 안테나 햇 조정장치

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