KR101194322B1 - 인공위성용 분리장치 - Google Patents

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KR101194322B1
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Abstract

본 발명은 인공위성용 분리장치에 대한 것으로, 특히 2 개의 형상기억합금 엑츄에이터를 이용하여 비폭발식으로 분리가 이루어지게 하고, 각각의 구동부가 독립적으로 작용하여 분리의 신뢰성을 높인 인공위성 분리장치에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 1차 분리 실패 시 독립적으로 2차 분리가 가능하여 분리의 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

Description

인공위성용 분리장치{Satellite separation device}
본 발명은 인공위성용 분리장치에 대한 것으로, 특히 폭발식과 비폭발식의 장점을 결합하고 2개의 구동부가 각각 독립적으로 작동할 수 있을 뿐만 아니라 상기 2개의 구동부를 하나의 기구적 구조에 결합하여 1차 구동 실패 시 2차 구동이 가능한 비폭발식 인공위성용 분리장치에 관한 것이다.
종래에는 인공위성내에서 수행하는 결합해체 방법으로 파이로기술(Pyro-technique)을 사용하였는데, 이 방법은 화약이 장착된 뇌관의 폭발과 이로 인한 팽창력을 통하여 절단헤머가 결합로드를 가격(加擊)하게되면 상기 결합로드는 분쇄되게 되고, 이로 인해 상기 결합로드에 부착되어 있던 대상체가 위성체로부터 결합해체되는 방법이다.
그러나, 종래의 인공위성내에서 수행하는 결합해체 방법은 결합해체 시험을 수행할 때 특별히 온도나 전원동작 등을 세심하게 조절하지 않으면 원치 않는 폭발로 인한 불의의 사고가 발생하게 되어 경제적 및 시간적인 손실을 초래하고, 심지어는 인명피해도 발생할 수 있었으며, 한 번 시험에 사용된 결합해체 장치는 재사용이 불가능하다는 문제점이 있었다.
또한, 종래 중대형 위성에서 사용하던 폭발식 분리장치의 경우 작동시 큰 충격과 진동 및 화약가루, 화약재 등의 오염물질을 발생시키게 되어 소형위성에 사용하면, 공간의 제약으로 인해 충격 제공원과 근접한 센서 및 정밀장치의 손상을 일으키는 문제가 있었다.
1985년에 발표된 보고서에 따르면, 1963년부터 1984년까지 수행된 600회의 위성발사 중에 83회가 분리충격에 의한 문제가 있었으며, 그 중에 50% 가량이 직접적인 임무실패를 야기하였다.
이로 인해 우주분야와 관련된 연구소, 대학, 산업체 등에서 분리충격이 적고, 취급이 용이하며, 재활용성이 있는 비폭발식 분리장치의 개발을 시도했다. 대표적인 성과물이 electro-mechanical separation nut/spool, paraffin actuator, thermal knife, SMA(Shape Memory Alloy) devices이다
그러나 여전히 비폭발식 분리장치는 (1) 적은 분리충격량(separation shock or source shock) (2)짧은 분리시간(separation time) (3) 최대체결력(tensile load)을 모두 만족시켜야 하는 문제가 있다.
본 발명은 폭발식 분리장치와 비폭발식 분리장치의 장점을 결합하여 간단한 구성을 가지면서도 작동 전에는 높은 체결력으로 분리체를 안정적으로 고정시키고, 구동 시에는 최소의 충격으로 위성 및 분리체 양쪽 모두에 손상없이 짧은 분리시간동안 분리 동작이 이루어지는 인공위성용 분리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 2개의 구동부가 기계적으로나 전기적으로 완전히 독립된 시스템을 구성하고 있어 분리장치 작동시 서로 간섭을 일으키지 않고 1차 분리가 실패했을 경우 2차 분리가 가능한 비폭발식의 인공위성용 분리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 축방향으로 힘을 작용시키는 탄성부재에 의해 구동 시 구동 시 분리시간을 더욱 단축시킨 인공위성용 분리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 분리체의 하중이 직접 구동부에 작용하지 않으므로 구조적으로 안정한 인공위성용 분리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 비폭발식 구동부를 사용하는 인공위성용 분리장치에 있어서,
상기 구동부는 인가된 전기에 의해 발생하는 회전운동과 선형운동에 의해 인공위성과 분리장치를 연결하는 분리핀을 분리시키는 제 1 구동부인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제 1 구동부는 상기 분리핀상에 형성된 고정홈과 상기 고정홈과 대응되는 고정구멍이 형성된 제 1 가이드에 의해 고정된 제 1 강구의 구속을 해제하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제 1 구동부는 상단 원주면에 형성된 구동홈에 권취된 형상기억합금 와이어에 전기를 인가하면 회전운동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제 1 구동부는 상기 회전운동에 의해 상단 및 하단에 형성된 결합돌기와 결합홈이 서로 대응되게 위치하면 상기 상단에 형성된 탄성부재 결합부에 결합된 탄성부재의 탄성력에 의해 상기 상단의 결합돌기가 상기 하단의 결합홈에 밀착되는 선형운동을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제 1 구동부는 상기 선형운동으로 상기 제 1 강구와 수평적 위치에 놓인 내측에 형성된 분리홈에 의해 상기 제 1 강구의 구속을 해제하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제 1 구동부의 구동과 독립적으로 회전운동과 선형운동에 의해 상기 분리핀을 분리하는 제 2 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제 2 구동부는 상기 제 1 가이드상에 형성된 고정홈과 상기 고정홈에 대응되게 고정구멍이 형성된 제 2 가이드에 의해 고정된 제 2 강구의 구속을 해제하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 분리핀의 저면은 상기 제 1 강구 또는 제 2 강구의 구속이 해제되면 탄성력에 의해 상기 분리핀을 밀어내는 탄성부재가 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모터나 솔레노이드에 비해 구동전력이 적고, 무게가 가볍기 때문에 위성의 부품으로 적절한 형상기억합금을 사용한 제 1 구동부 및 제 2 구동부를 간단한 구성으로 설계하여 급격하게 구동되지 않아 충격하중을 최소화하는 효과가 있으며,
또한, 본 발명은 강구를 고정수단으로 사용하여 높은 체결력을 갖고 작은 변위와 힘으로도 높은 체결력을 풀어줄 수 있어 1초 이내의 짧은 분리시간을 갖는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 분리 시 폭발 또는 진동에 의한 타 부품의 손상을 최소화함으로써 분리의 신뢰성이 향상시키고 재사용이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 각각 독립적으로 구동되는 제 1 구동부와 제 2 구동부를 1개의 기구적 구조로 결합하여 제 1 구동부에 의한 제 1 분리 실패 시 제 2 구동부에 의한 제 2 분리가 이루어지도록 하여 분리신뢰성을 더욱 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 축방향으로 작용하는 탄성부재의 탄성력에 의해 분리시간을 더욱 단축시켜 분리 신뢰성을 더욱 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 구동부에 인공위성 또는 분리체의 하중이 직접적으로 전달되지 않도록 설계하여 구조적으로 안정하고 수많은 분리시스템에 적용될 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일실시예의 분해 사시도.
도 2a 는 본 발명의 일실시예의 제 1 구동부의 구동 전 상태를 나타낸 도면.
도 2b 는 도 2a의 구동 후 상태를 나타낸 도면.
도 3a 는 본 발명의 일실시예의 구동 전 상태를 나타낸 평면도.
도 3b 는 본 발명의 일실시예의 제 1 구동부의 구동 시 상태를 나타낸 평면도.
도 4a 는 본 발명의 일실시예의 제 2 구동부의 구동 시 제 2 강구가 분리된 상태를 나타낸 평면도.
도 4b 는 본 발명의 일실시예의 제 2 구동부의 구동 시 제 1 강구가 분리된 상태를 나타낸 평면도.
분리장치의 주요한 성능은 크게 세 가지 요소로 구분할 수 있는데, (1) 적은 분리충격량(separation shock or source shock) (2) 짧은 분리시간(separation time) (3) 최대체결력(tensile load)이 그것이다.
본 발명은 높은 체결력과 짧은 분리시간을 갖으며, 적은 충격량을 발생시키는 폭발식과 비폭발식 분리장치의 장점을 결합한 인공위성용 분리장치이다.
본 발명은 하나의 기구적 구조로 각각 독립적으로 작동하는 제 1 구동부와 제 2 구동부를 결합하여 제 1 분리 실패 시 제 2 분리가 가능하도록 하였다.
다만, 여기서 독립적이라는 의미는 상기 제 1 구동부와 제 2 구동부의 작동순서는 한정되지 않으며 제 2 구동부가 먼저 작동하여 분리핀을 분리시킬 수 있다는 것을 의미한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 구체적으로 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일실시예의 분해 사시도를, 도 2a 은 본 발명의 일실시예의 제 1 구동부의 구동 전 상태를 나타낸 도면을 도시한다.
본 발명은 비폭발식 구동부를 사용하는 인공위성용 분리장치에 있어서,
상기 구동부는 인가된 전기에 의해 발생하는 회전운동과 선형운동에 의해 인공위성과 분리장치를 연결하는 분리핀(10)을 분리시키는 제 1 구동부(40)인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 구동부(40)는 상단(40a)과 하단(40b)을 포함하여 구성되고, 상기 상단(40a) 및 하단(40b)의 외측으로는 서로 결합할 수 있는 결합돌기(41)와 결합홈(42)이 형성되고
상기 상단(40a)의 바깥 원주면은 형상기억합금 와이어(90)가 감길 수 있는 구동홈(43)이 나선으로 형성되며, 상면에는 탄성부재(80)가 설치될 수 있는 탄성부재 결합부(45) 및 내측으로 상기 제 1 강구(20)의 구속을 해제할 수 있는 분리홈(44)이 형성된다.
상기 형상기억합금 와이어(90)는 일정온도가 되면 원래 형태로 복원하려는 성질을 이용한 것으로 전기를 인가하여 원래 형태로 복원시키면 적은 분리 충격량을 가지면서 서서히 수축된다.
상기 제 1 구동부(40)는 상기 분리핀(10)상에 형성된 고정홈(11)과 상기 고정홈(11)과 대응되는 고정구멍(31)이 형성된 제 1 가이드(30)에 의해 고정된 제 1 강구(20)의 구속을 해제한다.
상기 제 1 강구(20)는 상기 제 1 가이드(30)의 고정구멍(31)과 상기 분리핀(10)상의 고정홈(11)에 의해 높은 체결력을 가지면서도 상기 제 1 구동부(40)의 구동 시에는 짧은 분리시간을 발휘할 수 있는 고정수단으로 반드시 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 높은 체결력을 갖고 작은 변위와 힘으로도 높은 체결력이 풀리는 고정수단이면 채용할 수 있다.
상기 제 1 구동부(40)는 구동 전에는 상단(40a)과 하단(40b)이 서로 어긋나게 결합되어 있어 상기 제 1 강구(20)의 위치보다 상기 분리홈(44)이 높은 위치에 있게 되나,
상기 상단(40a)의 원주면에는 구동홈(43)이 형성되고, 상기 구동홈(43)에는 형상기억합금 와이어(90)가 권취되며, 상기 형상기억합금 와이어(90)에 전기를 인가하면 상기 형상기억합금 와이어(90)가 수축되면서 회전운동을 하고,
상기 상단(40a)의 밑부분에 형성된 턱에 하단(40b)의 결합돌기(41)가 걸쳐 있다가 상기 결합돌기(41)와 결합홈(42)이 회전에 의해 맞물리면,
상기 상단(40a)에 설치된 탄성부재(80)의 인장력에 의해 상기 상단(40a)이 하단(40b) 쪽으로 이동하고 상기 상단(40a)와 하단(40b)이 맞물리게 결합되어, 상기 제 1 강구의 위치와 상기 분리홈이 수평적으로 동등한 위치에 있게 된다.
즉, 상기 회전운동에 의해 상단(40a) 및 하단(40b)에 형성된 결합돌기(41)와 결합홈(42)이 서로 대응되게 위치하면, 상기 상단(40a)에 형성된 탄성부재 결합부(45)에 결합된 탄성부재(80)의 탄성력에 의해 상기 상단(40a)의 결합돌기(41)가 상기 하단(40b)의 결합홈(42)에 밀착되는 선형운동을 한다.
상기 탄성부재(80)는 본 발명의 실시예에서 폭발식에 준하는 빠른 반응속도를 더욱 향상시키기 위한 수단으로 본 발명의 짧은 분리시간을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 상기 탄성부재(80)로 압축스프링을 채용하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 짧은 분리시간을 향상시킬 수 있는 수단이면 채용할 수 있다.
상기 제 1 구동부(40)는 상기 선형운동으로 상기 제 1 강구(20)와 수평적 위치에 놓인 내측에 형성된 분리홈(44)에 의해 상기 제 1 강구(20)의 구속을 해제하고 상기 제 1 강구(20)의 구속이 해제한다.
상기 제 1 강구(20)의 구속이 해제되면 상기 분리핀(10)이 이탈하면서 분리체와 인공위성이 분리된다.
이하 작동관계에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2b 는 도 2a의 구동 후 상태를 나타낸 도면을, 도 3a 는 본 발명의 일실시예의 구동 전 상태를 나타낸 평면도를, 도 3b 는 본 발명의 일실시예의 제 1 구동부의 구동 시 상태를 나타낸 평면도를 도시한다.
초기 상태에서 분리핀(10)은 제 1 강구(20), 제 2 강구(50)에 의해 구속되어 있다. 1차 구동을 하기 위해 제 1 구동부(40)에 감겨 있는 형상기억합금(90)에 전기를 인가해주면 상기 형상기억합금(90)이 상기 상단(40a)에 형성된 구동홈(43)내에서 수축되어 상단(40a)을 회전시키고,
상기 상단(40a)의 밑부분에 형성된 턱에 하단(40b)의 결합돌기(41)가 걸쳐 있다가 상기 결합돌기(41)와 결합홈(42)이 회전에 의해 맞물리면, 상기 상단(40a)에 설치된 탄성부재(80)의 인장력에 의해 상기 상단(40a)이 하단(40b) 쪽으로 이동하고 상기 상단(40a)와 하단(40b)이 맞물리게 결합되어, 상기 제 1 강구(20)의 위치와 상기 분리홈이 수평적으로 동등한 위치에 있게 된다.
따라서 분리홈(44)과 제 1 강구(20)와 제 1 가이드의 고정구멍(31)이 수평적으로 동등한 위치에 있게되면, 아랫방향으로 이동된 상기 제 1 구동부의 내측에 형성된 분리홈(44)으로 제 1 가이드(30)의 고정구멍(31)과 분리핀의 고정홈(11)에 의해 고정되어 있던 제 1 강구(20)가 이동하고,
상기 분리핀(10)의 저면에 설치된 탄성부재(80)의 인장력에 의해 상기 분리핀(10)은 앞으로 직선운동을 하며 분리된다.
또한, 본 발명은 상기 제 1 구동부(40)의 구동과 독립적으로 회전운동과 선형운동에 의해 상기 분리핀(10)을 분리하는 제 2 구동부(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 구동부(60)는 상기 제 1 가이드(30)상에 형성된 고정홈(32)과 상기 고정홈(32)에 대응되게 고정구멍(71)이 형성된 제 2 가이드(70)에 의해 고정된 제 2 강구(50)의 구속을 해제하고, 상기 제 2 구동부(60)의 구성은 상기 제 1 구동부(40)와 동일하므로 이하 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 1 가이드(30)는 구동 전에는 제 1 강구(20)와 제 2 강구(50)를 모두 구속하고 제 1 구동시에는 고정되어 있으나, 제 2 구동시에는 분리핀(10) 및 제 1 강구(20)와 함께 직선운동한다.
상기 분리핀(10)의 저면은 상기 제 1 강구(20) 또는 제 2 강구(50)의 구속이 해제되면 탄성력에 의해 상기 분리핀(10)을 밀어내는 탄성부재(80)가 설치된 것을 특징으로 한다.
도 4a 는 본 발명의 일실시예의 제 2 구동부의 구동 시 제 2 강구가 분리된 상태를 나타낸 평면도를, 도 4b 는 본 발명의 일실시예의 제 2 구동부의 구동 시 제 1 강구가 분리된 상태를 나타낸 평면도를 도시한다.
제 2 구동부(60)의 구동원리는 제 1 구동부(40)의 구동원리와 동일하다.
제 2 구동부(60)가 회전하면서 아랫방향으로 이동하면 가이드(30)의 고정홈(32)과 제 2 가이드(70)의 고정구멍(71)에 의해 고정되어 있던 제 2 강구(50)가 2 구동부(60) 내측에 형성된 분리홈(64)으로 이동한다.
제 2 강구(50)의 구속이 해제됨에 따라 제 1 가이드(30)와 함께 분리핀(10)은 앞으로 직선운동을 하며 상기 제 1 구동부(40)의 분리홈(44)의 위치에 다다러서는 제 1 가이드(30)의 고정구멍(31)과 분리핀(10)의 고정홈(32)에 의해 고정되어 있던 제 1 강구(20)가 상기 분리홈(44)으로 이동함에 따라 상기 분리핀(10)은 분리된다.
또한, 본 발명은 비폭발식 구동부를 사용하는 인공위성용 분리장치에 있어서, 상기 제 1 구동부에 의한 제 1 차 분리 실패 시 상기 제 2 구동부에 의한 제 2 차 분리가 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 분리의 신뢰성을 높이기 위해 상기 제 1 구동부와 독립적으로 작동하는 상기 제 2 구동부를 하나의 기구적 구조에 결합시켰다.
본 실시예 3의 구성 및 작동관계는 상기 실시예 1 및 실시예 2 에 기술한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 제 1 구동부(40)와 제 2 구동부(60)가 독립적으로 구획되어 있으며 축방향으로 작용하는 분리체의 하중에 관계없이 상기 제 1 구동부(40)와 제 2 구동부(60)의 회전운동과 선형운동이 일어나므로 구조적으로 안정한 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
1: 하우징, 2a : 하우징 윗뚜껑, 2b : 하우징 밑뚜껑,
10 : 분리핀, 11 : 고정홈
20 : 제 1 강구,
30 : 제 1 가이드, 31 : 고정구멍, 32 : 고정홈
40 : 제 1 구동부, 40a : 상단, 40b : 하단
41 : 결합돌기, 42 : 결합홈, 43 : 구동홈, 44 : 분리홈,45 : 스프링 결합부
50 : 제 2 강구, 60 : 제 2 구동부, 60a : 상단, 60b : 하단
61 : 결합돌기, 62 : 결합홈, 63 : 구동홈, 64 : 분리홈,65 : 탄성부재 결합부
70 : 제 2 가이드, 71 : 고정구멍
80 : 탄성부재, 90 : 형상기억합금 와이어

Claims (8)

  1. 비폭발식 구동부를 사용하는 인공위성용 분리장치에 있어서,
    상기 구동부는 인가된 전기에 의해 발생하는 회전운동과 선형운동에 의해 인공위성과 분리장치를 연결하는 분리핀(10)을 분리시키는 제 1 구동부(40)이되,
    상기 제 1 구동부(40)는 상기 분리핀(10)상에 형성된 고정홈(11)과 상기 고정홈(11)과 대응되는 고정구멍(31)이 형성된 가이드(30)에 의해 고정된 제 1 강구(20)의 구속을 해제하며,
    상기 제 1 구동부(40)는 상단(40a)과 하단(40b)을 포함하여 구성되되, 상기 상단(40a)의 원주면에는 구동홈(43)이 형성되고, 상기 구동홈(43)에는 형상기억합금 와이어(90)가 권취되며, 상기 형상기억합금 와이어(90)에 전기를 인가하면 회전운동하는 것을 특징으로 하는 인공위성용 분리장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1 에 있어서,
    상기 제 1 구동부(40)는 상기 회전운동에 의해 상단(40a) 및 하단(40b)에 형성된 결합돌기(41)와 결합홈(42)이 서로 대응되게 위치하면 상기 상단(40a)에 형성된 탄성부재 결합부(45)에 결합된 탄성부재(80)의 탄성력에 의해 상기 상단(40a)의 결합돌기(41)가 상기 하단(40b)의 결합홈(42)에 밀착되는 선형운동을 하는 것을 특징으로 하는 인공위성용 분리장치.
  5. 청구항 4 에 있어서,
    상기 제 1 구동부(40)는 상기 선형운동로 상기 제 1 강구(20)와 수평적 위치에 놓인 내측에 형성된 분리홈(44)에 의해 상기 제 1 강구(20)의 구속을 해제하는 것을 특징으로 하는 인공위성용 분리장치.
  6. 청구항 5 에 있어서,
    상기 제 1 구동부(40)의 구동과 독립적으로 회전운동과 선형운동에 의해 상기 분리핀(10)을 분리하는 제 2 구동부(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공위성용 분리장치.
  7. 청구항 6 에 있어서,
    상기 제 2 구동부(60)는 상기 제 1 가이드(30)상에 형성된 고정홈(32)과 상기 고정홈(32)에 대응되게 고정구멍(71)이 형성된 제 2 가이드(70)에 의해 고정된 제 2 강구(50)의 구속을 해제하는 것을 특징으로 하는 인공위성용 분리장치.
  8. 청구항 7 에 있어서,
    상기 분리핀(10)의 저면은 상기 제 1 강구(20) 또는 제 2 강구(50)의 구속이 해제되면 탄성력에 의해 상기 분리핀(10)을 밀어내는 탄성부재(80)가 설치된 것을 특징으로 하는 인공위성용 분리장치.
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