KR20000035047A

KR20000035047A - 스페이스크래프트 모듈을 위한 커넥터 인터페이스

Info

Publication number: KR20000035047A
Application number: KR1019990045251A
Authority: KR
Inventors: 하워드에스. 엘라; 라몬 코로넬; 개리티. 하크니스
Original assignee: 윌리엄 이. 갈라스; 티알더블류 인코포레이티드
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2000-06-26
Also published as: EP0995677A2; JP2000142599A; TW479040B; EP0995677A3; US6330093B1

Abstract

본 발명은 스페이스크래프트 백본(backbone) 구조(48)와 상기 백본 구조에 기계적, 전기적 및 광학적으로 결합되는 다중 스페이스크래프트 모듈(26)의 사이에 표준화된 인터페이스에 관한 것이다. 인터페이스 구조는 백본 구조의 전력 버스에 접속되는 전력 접속 핀(42 또는 50), 백본 구조의 종래의 데이터 버스에 접속되는 데이터 신호 핀(44), 및 백본 구조의 광 데이터 버스(60)에 접속하는 광 접속부(46 또는 56)를 포함한다. 선택적으로, 인터페이스는 백본 구조를 따라 적외선 전파를 이용한 무선 데이터 버스(54), 및 무선 주파수로 데이터의 전달을 위해 무선-주파수(RF) 마이크로스트립 커넥터(52)를 또한 포함한다. 광 데이터 접속부는 광 데이터 버스(60)로부터의 광 신호를 상응하는 전기 신호로 전환하기 위해 각각의 스페이스크래프트 모듈(26) 내에 광 인터페이스 유니트(62), 및 상기 모듈의 적합한 수신지에 신호를 분배하기 위한 교차점 스위치(74)를 사용한다. 광 인터페이스 유니트(62)는 광 데이터 버스(60) 상으로 다시 전달을 위해 전기 신호를 광 신호로 또한 전환한다. 광 신호는 광 데이터 버스(60) 상으로 멀티플렉스되는 파장 분할일 수 있으며, 상기 목적을 위해 인터페이스 유니트(62)는 광 디멀티플렉서(68)와 광 멀티플렉서(84)를 또한 포함한다.

Description

스페이스크래프트 모듈을 위한 커넥터 인터페이스{CONNECTOR INTERFACE FOR SPACECRAFT MODULES}

관련 출원의 상호 참조

본 발명은 1996년 12월 20일자로 출원되고, "모듈라 스페이스크래프트를 위한 백본 인터페이스(Backbone Interface for Modular Spacecraft)"라는 명칭을 갖는 출원 번호 08/771,465에 기술되고 청구된 발명에 관한 것이다.

본 발명은 일반적으로 모듈라 스페이스크래프트 공학 및 디자인에 관한 것으로, 더 상세하게는 코어 스페이스크래프트 구조 상의 외부에 장착되는 스페이스크래프트 전자 장비 모듈을 상호 접속하기 위한 기술에 관한 것이다. 종래의 스페이스크래프트 디자인은 박스-같은 모듈의 내부에 위치되는 패널 상에 전자 장비를 위치시키는 것이며, 상기 패널은 전형적으로 모듈의 벽을 형성한다. 모듈은 스페이스크래프트 상에 장착되며 극히 복잡한 배선 하니스(harness)로 상호 접속된다. 상기 방법은 스페이스크래프트 디자인, 일체화, 및 테스트하는데 많은 비용과 시간이 소모되고, 심지어 작은 디자인 변경도 어렵게 하거나 실제적으로 불가능하게 만든다. 분명히, 더욱더 모듈식 방법은 "표준" 스페이스크래프트 버스를 요구하지만, 장비 모듈 및 항공 전자 공학 모듈이 장착되는 표준 스페이스크래프트 버스를 제공하기 위한 노력이 선호되는 상호 접속 매체와 같은 배선 하니스의 제거를 발생시키지 않는다. 본 발명은 이들 어려움을 다루며 상기 문제에 우수한 해결책을 제공한다.

본 발명은 코어 구조 및 다중의 널리 독립적인 스페이스크래프트 모듈을 구비하는 모듈라 스페이스크래프트 내에 사용을 위한 백본 인터페이스에 관한 것이다. 백본 인터페이스는 상기 백본 인터페이스에 플러그를 꽂는 모듈 상의 커넥터에 결합하고 전력을 모듈에 인가하기 위해, 스페이스크래프트 코어 구조를 따라서 확장하는 파워 버스, 한 모듈로부터 다른 모듈로 광(optical) 형태로 데이터 신호를 전송하기 위해, 스페이스크래프트 코어 구조를 따라 또한 확장하는 광 데이터 버스, 및 상기 광 데이터 버스로부터 광 신호를 전기 신호로 변환하며, 상기 변환된 전기 신호를 모듈 상의 적합한 수신지로 유도하며, 상기 모듈의 후부 상에 배치되는 소스로부터 광 데이터 버스로 유도된 데이터 신호를 부가하기 위해, 각각의 모듈과 결합되는 광 인터페이스를 포함한다.

본 발명의 백본 인터페이스는 백본 인터페이스에 플러그를 꽂는 모듈 상의 데이터 커넥터에 결합하기 위해, 스페이스크래프트 코어 구조를 따라서 또한 확장하는 종래의 전기 데이터 버스중의 어느 하나 또는 둘 다, 및 상기 백본 인터페이스에 플러그를 꽂는 모듈 상의 커넥터에 선택적인 결합을 위해 다수의 도파관 채널을 구비하는, 스페이스크래프트 코어 구조를 따라 또한 확장하는 무선-주파수(RF) 버스를 또한 포함할 수 있다.

더 자세하게는, 광 인터페이스는 광 데이터 버스 상에서 운반되는 다중의 광 채널을 분리시키기 위한 광 디멀티플렉서(demultiplexer), 다중의 광 채널 상의 신호로부터 전기 신호를 발생시키기 위한 디텍터 어레이, 전기 신호를 위해 및 상기 모듈 상에 발생되는 전기 신호를 전달하기 위해 모듈 수신지를 결정하기 위한 스위칭 논리회로, 광 데이터 버스 상으로 결합을 위해 광 신호를 발생시키도록 상기 스위칭 논리회로에 결합되는 다수의 광원, 및 광 데이터 버스 상으로 발사를 위해, 광원으로부터 다중의 광 신호를 조합하기 위한, 광 멀티플렉서를 포함한다. 본 발명의 현재 선호되는 실시예에서, 광 신호는 광 데이터 버스 상으로 멀티플렉스되는 파장 분할이다. 광 디멀티플렉서는 다른 파장으로 다중의 광 신호를 발생시키며, 상기 다수의 광원은 다중의 광 신호와 같이 동일한 제각각의 파장으로 작동하는 레이저를 포함한다.

본 발명은 스페이스크래프트 디자인 및 구조의 분야에 상당한 진전을 나타낸다는 것이 앞서의 설명으로부터 인식될 것이다. 특히, 본 발명은 스페이스크래프트의 디자인, 구조, 및 변경을 용이하게 하는 열쇠인데, 왜냐하면 본 발명은 스페이스크래프트 코어 구조와 다중의 유사한 모듈 사이의 표준화된 인터페이스를 제공하기 때문이다. 상기 인터페이스를 이용하여, 각각의 모듈은 전력, 명령 및 제어 신호, 및 특정 미션(mission-specific) 데이터의 분배를 위한 경로를 제공하기 위해, 코어 구조 상의 백본 버스에 플러그가 손쉽게 꽂아진다. 광 경로는 백본 구조 내로 병합되는 광 데이터 버스를 통해, 하나의 스페이스크래프트 모듈로부터 다른 스페이스크래프트 모듈로 많은 양의 데이터 전달을 위해 제공된다. 표준화된 인터페이스의 상당한 이점은 모듈 사이에 기계적, 열적, 및 전기적 상호 접속의 혼란스런 재설계 없이도 모듈이 더 손쉽게 디자인되고, 업그레이드되며, 교체될 수 있다는 것이다. 본 발명의 다른 양상 및 이점은 첨부 도면과 관련하여 취해진, 다음의 더 상세한 설명으로부터 자명해질 것이다.

도 1은 종래 기술의 종래 박스-같은 스페이스크래프트 모듈을 도시하는 개략도.

도 2는 본 발명의 기술을 이용한 모듈라 스페이스크래프트 구조를 도시하는 개략도.

도 3은 도 2와 유사하지만, 스페이스크래프트 구조의 분해된 관계로 단일 모듈의 더 자세한 내용을 도시하는 확대도.

도 4는 도 3의 모듈과 스페이스크래프트 구조를 결합하는데 사용되는 표준화된 인터페이스 커넥터를 도시하는 더 확대된 개략도.

도 5는 커넥터의 모듈 측부를 도시하는, 도 4와 유사한 커넥터를 도시하는 개략도.

도 6은 광 데이터 버스를 통해 패널 모듈의 광 상호 접속을 도시하는 블록도.

도 7은 도 6의 각각의 패널 모듈의 일부를 이루는 광 인터페이스 유니트의 주요 기능을 도시하는 블록도.

도 8은 달리 텅 빈 패널 모듈 위치에 사용을 위해, 더미(dummy) 패널 모듈 및 광 인터페이스 유니트를 도시하는 블록도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

24: 모듈 26: 패널 모듈

28: 코어 구조 30: 장착 브래킷

32: 지지 받침대 34',36': 표준화된 인터페이스 커넥터

40: 정렬 핀 42: 주 전력 핀

44: 표준 dc 핀 인터페이스 46: 광-섬유 인터페이스

48: 백본 버스 50: 전력 커넥터

52: RF 마이크로스트립 인터페이스 54: 무선의 적외선 데이터 버스 커넥터

56: 디지털 광 섬유 데이터 버스 커넥터

58: 기계적 인터페이스 62: 광 인터페이스 유니트

68: 광 디멀티플렉서 70: 수신기 어레이

82: 다중 레이저 84: 광 멀티플렉서

설명의 목적을 위해 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 모듈라 스페이스크래프트 내의 항공 전자 공학 모듈을 상호 접속하기 위한 장치에 관한 것이다. 종래에, 항공 전자 공학 모듈은 복잡한 배선 하니스에 의해 상호 접속되는 다루기 힘든 박스 내에 수용된다. 본 발명에 따라서, 스페이스크래프트 항공 전자 공학 모듈은 스페이스크래프트 코어 구조 상의 외부에 장착되며, 상기 스페이스크래프트 코어 구조는 전력을 얻기 위해, 데이터 및 무선-주파수(RF) 또는 광 신호를 교환하기 위해 상기 모듈이 접속되는 백본 인터페이스를 포함한다. 다루기 힘들고 복잡한 배선 하니스를 대신해, 백본 인터페이스는 현재 더 자세히 기술되어지는 바와 같이, 전력 버스, 광 신호 버스, 및 RF 신호 버스를 제공한다.

도 1은 스페이스크래프트 항공 전자 공학 모듈(12)을 포함하는, 도면 번호 10으로 표시되는, 종래의 박스-같은 하우징을 도시한다. 전형적으로, 하우징(10)은 다수의 장비 패널(14)을 포함하며, 다수의 모듈(12)이 각각의 패널 상에 장착된다. 배선 하니스(16)는 상기 모듈(12)을 상호 접속하고 패널(14)의 사이로 확장하며, 하우징(10)을 넘어 확장할 수 있다. 새로운 모듈(12)이 화살표 18과 20에 의해 표시된 바와 같이, 삽입되거나 제거될 때, 이 작동은 바로 모듈 레벨에서가 아니라 역시 패널 및 전체 시스템 레벨에서 기계적, 전기적, 및 열적 디자인과 상충한다. 새로운 모듈의 삽입은 기존 모듈의 재배치, 하니스의 재배선, 및 추가의 열 방산량을 제공할 것을 요구할 수 있다. 그러므로, 디자인 변경은 전형적으로 원치않는 지체 및 비용 증가를 발생시킨다.

본 발명의 경우에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 모듈(24)은 균일한 사이즈의 패널 모듈(26) 상에 장착되며, 상기 패널 모듈(26)은 스페이스크래프트 코어 구조(28) 또는 원통형 형상의 일반적인 방사 구조 내에 부착된다. 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 각각의 패널 모듈(26)은 장착 브래킷(30)과 지지 받침대(struts)(32)에 의해 코어 구조(28)에 기계적으로 부착된다. 본 발명의 관점으로부터 더 중요하게는, 각각의 패널 모듈(26)은 코어 구조(28) 상의 상응하는 커넥터(36)와 결합하는, 표준화된 인터페이스 커넥터(34)를 구비한다. 상기 코어 구조 상의 커넥터(36)는 도 4에 더 자세히 도시된다. 더 상세하게는, 커넥터(36)는 한 쌍의 정렬 핀(40), 한 세트의 주 전력 핀(42), 표준 dc(직류) 핀 인터페이스(44), 및 광-섬유 인터페이스(46)를 포함한다. 하나의 패널 모듈(26)로부터 다른 패널 모듈로 전력, 데이터, 및 다른 신호를 전송하기 위해, 하나 이상의 "백본" 버스(48)가 코어 구조의 길이에 미친다.

도 5는 제각기 도면 번호 34'와 36'으로 표시되는 표준화된 인터페이스 커넥터(34,36)의 다른 실시예를 도시한다. 상기 실시예에서, 커넥터는 가정용 전력 커넥터와 유사한 한 쌍의 전력 커넥터(50), 컴퓨터 핀-같은 구조를 이용한 RF 마이크로스트립 인터페이스(52), 센서와 송신기를 포함하는 무선의 적외선 데이터 버스 커넥터(54), 및 상기 백본 버스(48)에 구현되는 데이터 전송 채널과 쌍으로 결합되는 모듈 상의 핀-같은 커넥터를 포함하는 디지털 광 섬유 데이터 버스 커넥터(56)를 포함한다. 인터페이스 커넥터(34',36')는 접속 구조 내에 커넥터를 함께 짤깍하고 접속하는 기계적 인터페이스(58)를 또한 구비하며, 전기적, 광학적, 및 기계적 커플링이 안전하게 이루어지도록 보장한다.

표준화된 인터페이스 커넥터(34,36, 또는 34',36')는 모든 페이로드(payload)와 스페이스크래프트 모듈에 서비스를 제공하며, 모듈 변경, 기술 개선, 및 업그레이드를 용이하게 한다. 도 5의 실시예로, "가정용-같은" 전력 커넥터(50)는 백본 버스(48)로부터 접속된 패널 모듈(26)의 각각으로 "미조정(raw)" 또는 조정되지 않은 직류(DC) 전력을 전송한다. 무선의 적외선 데이터 버스 커넥터(54)는 백본 버스(48)를 통해 분배되는 스페이스크래프트 명령 및 제어 신호를 전송한다. RF 마이크로스트립 인터페이스(52)는 백본 버스(48)에 의해 또한 운반되는 다중의 RF 데이터-전송 채널을 위한 접속부를 제공한다. 최종적으로, 디지털 광 섬유 데이터 버스 커넥터(56)는 백본 버스(48) 내에 구현되는 광 채널에 걸쳐서 미션 데이터를 전송한다. 상기 광 데이터 채널의 더 자세한 내용은 도 6 및 도 7에 도시된다.

도 6은 광 데이터 버스(60)에 접속되는 다수의 패널 모듈(26)을 도시한다. 각각의 패널 모듈(26)은 라인(64)에 의해 표시된 바와 같이, 데이터 버스(60)로부터 광 신호를 수신하고, 라인(66)에 의해 표시된 바와 같이, 상기 데이터 버스에 광 신호를 송신하는 광 인터페이스 유니트(62)를 포함한다. 데이터 버스(60)는 특정 미션 데이터를 송신하기 위해, 패널 모듈(26)의 사이에 고용량의 데이터 통신을 허용한다. 상기 패널 모듈의 하나 또는 그 이상은 지상국(ground station)(미도시됨)으로 데이터를 다운-링킹하기 위해 송신기, 또는 지상국으로부터 데이터를 업-링킹하기 위해 수신기에 접속부를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

도 7은 광 데이터 버스(60)의 접속부와 함께, 더 자세하게 광 인터페이스 유니트(62)를 도시한다. 도 7의 예증적인 실시예에서, 광 데이터 버스(60)는 백본 버스(48)를 따라 연속적으로 확장하지 않지만, 사실상 광학 라인(64,66)을 통한 각각의 패널 모듈(26)을 통해 전환된다. 광 데이터 신호는 다중의 파장으로 광 데이터 버스 상에 전송된다. 따라서, 데이터 신호는 상기 데이터 버스(60) 상에 멀티플렉스된 파장 데이터이며, 상기 파장 데이터는 후면에 멀티플렉스된 파장 데이터로서 언급될 수 있다. 라인(64) 상에 들어오는 광 데이터는 광 디멀티플렉서(68)에서 먼저 디멀티플렉스되며, 상기 결과의 별도의 광 신호는 수신기 어레이(70)에 입력되며, 상기 수신기 어레이(70)는 라인(72)으로 표시되는 바와 같이, 광 신호를 전기 신호로 전환하는 다수의 광전식 디텍터를 포함한다. 이들 전기 신호는 높은 데이터 율로 작동하는 교차점 스위치(74)에 입력된다. 교차점 스위치는 신호의 수신지를 결정하며 상기 광 인터페이스 유니트(62)가 결합되는 패널 모듈(26) 상에 상기 교차점 스위치(74)의 의도된 수신지로 신호를 유도한다. 이들 신호의 몇몇은 상기 특정 패널 상에 위치되는 모듈을 위해 예정되어질 수 없으며 교차점 스위치(74)를 통해 전기 출력 라인(76)으로 통과할 것이다. 상기 패널 모듈(26) 상에 위치되는 모듈을 위해 예정되는 데이터는 라인(78) 상으로 스위치된다. 데이터 버스(60) 상으로 전송되어질 데이터 신호는 라인(80) 상의 교차점 스위치(74)에 나타내지고 라인(76) 상에 운반되는 선택된 통신 채널 상으로 전송되며, 상기 선택된 통신 채널의 각각은 다른 파장으로 작동하는 다중 레이저 광원(82)중의 하나를 조절한다. 이들 레이저의 광 출력은 광 멀티플렉서(84)에 입력되며, 상기 광 멀티플렉서(84)는 조합되어, 광 라인(66)에 걸쳐 광 데이터 버스(60) 상으로 결합된다.

도 7의 실시예는 상업적으로 구입 가능한 구성 요소를 사용하며 제어 신호가 데이터 버스(60)와 패널 모듈(26)의 사이에 경계를 가로질러 전송될 필요가 없는 이점을 갖는다. 게다가, 인터페이스 유니트(62)는 모든 패널 모듈에 대해, 그리고 원한다면 하나의 스페이스크래프트로부터 다른 스페이스크래프트로 표준화될 수 있다. 또한, 광 인터페이스는 단일 광 섬유만이 패널 모듈 상으로 "드롭(dropped)"되는 신호를 필요로 하며 다른 단일 광 섬유만이 패널 모듈로부터 데이터 버스로 "가산(added)"되는 모든 신호를 필요로 하기 때문에 단순화된다. 인터페이스 유니트(62)는 각각의 패널 모듈(26)에 광 신호를 재발생시키며, 추가의 후면 또는 데이터 버스(미도시됨)로 데이터 신호를 스위치시키는데 또한 사용될 수 있다. 데이터 버스(60)의 연속성을 위해, 패널 모듈(26)이 설치될 수 있는 각각의 위치는 라인(64,66)을 연결하는 광 섬유(92)를 포함하는, 도 8에 도면 번호 90으로 도시된 실제 패널 모듈 또는 더미 패널중의 어느 하나를 구비해야 한다. 더미 패널(90)은 물론 실제 패널 모듈(26) 보다 사이즈와 무게가 더 작은 것이 바람직하다.

본 발명은 스페이스크래프트 구조의 상당한 개선을 나타낸다는 것이 앞서의 내용으로부터 인식될 것이다. 특히, 본 발명은 스페이스크래프트 모듈과 스페이스크래프트 코어 구조의 사이에 표준화된 데이터, 제어, 및 전력 인터페이스를 제공한다. 상기 표준화된 인터페이스는 무선의 적외선, 마이크로스트립, 및 광 커넥터의 선택권을 제공하고, 상기의 각각은 스페이스크래프트 코어 구조 백본 버스의 상응하는 구성 요소와 결합한다. 본 발명의 다양한 실시예가 설명의 목적으로 상세히 설명되고 기술되어졌다고 할지라도, 다수의 변경이 본 발명의 사상과 범위 내에 있다고 믿어지는 것이 또한 인식될 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한되어져야 한다.

Claims

코어 구조와 다중의 널리 독립적인 스페이스크래프트 모듈(spacecraft modules)을 구비하는 모듈라 스페이스크래프트에 사용을 위해, 백본(backbone) 인터페이스는,

상기 백본 인터페이스에 플러그를 꽂는 모듈 상의 커넥터에 결합을 위해 그리고 상기 모듈에 전력을 공급하기 위해, 스페이스크래프트 코어 구조를 따라 확장하는 전력 버스,

하나의 모듈로부터 다른 모듈로 광 형태로 데이터 신호를 전송하기 위해, 상기 스페이스크래프트 코어 구조를 따라 또한 확장하는 광 데이터 버스, 및

상기 광 데이터 버스로부터 광 신호를 전기 신호로 전환하고, 상기 모듈 상의 적합한 수신지로 상기 전환된 전기 신호를 유도하며, 상기 모듈 후부 상에 위치되는 소스로부터 유도된 데이터 신호를 상기 광 데이터 버스 상으로 가산하기 위해, 각각의 모듈과 관계되는 광 인터페이스를 포함하는 백본 인터페이스.
제 1항에 있어서, 상기 백본 인터페이스에 플러그를 꽂는 상기 모듈의 데이터 커넥터에 결합을 위해, 상기 스페이스크래프트 코어 구조를 따라 또한 확장하는 종래의 전기 데이터 버스를 더 포함하는 백본 인터페이스.
제 1항에 있어서, 상기 백본 인터페이스에 플러그를 꽂는 상기 모듈의 커넥터에 선택적인 결합을 위해 다수의 도파관 채널을 구비하며, 상기 스페이스크래프트 코어 구조를 따라 또한 확장하는, 무선-주파수(RF) 버스를 더 포함하는 백본 인터페이스.
제 1항에 있어서, 상기 광 인터페이스는,

상기 광 데이터 버스 상에 운반되는 다중의 광 채널을 분리시키기 위해 광 디멀티플렉서(demultiplexer),

상기 다중의 광 채널 상의 신호로부터 전기 신호를 발생시키기 위해 디텍터 어레이,

상기 전기 신호를 위해, 및 상기 모듈 상에 발생되는 전기 신호를 전달하기 위해 모듈의 수신지를 결정하도록 하는 스위칭 논리회로,

상기 광 데이터 버스에 결합을 위해 광 신호를 발생시키도록, 상기 스위칭 논리회로에 결합되는 다수의 광원,

상기 광 데이터 버스에 발사시키기 위해, 상기 광원으로부터 다중의 광 신호를 조합하기 위한, 광 멀티플렉서를 포함하는 광 인터페이스.
제 4항에 있어서, 상기 광 신호는 상기 광 데이터 버스 상으로 멀티플렉스되는 파장 분할이며,

상기 광 디멀티플렉서는 다른 파장으로 다중의 광 신호를 발생시키며, 그리고

상기 다수의 광원은 상기 다중의 광 신호와 동일한 제각각의 파장으로 작동하는 레이저를 포함하는 백본 인터페이스.