KR20000045602A

KR20000045602A - 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터결합 장치 및 그방법

Info

Publication number: KR20000045602A
Application number: KR1019980062168A
Authority: KR
Inventors: 류동영
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2000-07-25

Abstract

본 발명은 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터를 결합하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 위성 클러스터를 각각 궤도상에 위치시킨 다음 결합할 위성 클러스터의 접합 순서를 결정한 다음 접합이 결정된 위성 클러스터 쌍의 접합부를 자화시키고, 위성 클러스터 쌍의 접합부로 상호 접속되면 랫치 기구를 사용하여 위성 클러스터 쌍을 기구적으로 결합시키며, 위성 클러스터 쌍이 기구적으로 접합되면 위성 클러스터 쌍의 접합부에 전류 공급을 중지하여 접합부에 있는 자기력을 소멸시킴으로써, 위성을 수 개의 부분체로 나누어 발사할 수 있고 각각의 위성에 대한 위치제어가 불필요하며 위성 클러스터의 자동적인 접근 및 결합을 수행할 수 있게 되는 것이다.

Description

우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 장치 및 그 방법

본 발명은 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합에 관한 것으로, 특히 인공위성을 궤도상에 위치시킴에 있어서 인공위성 부분체 또는 완전한 기능을 갖는 소형위성인 클러스터(cluster)를 한 개 또는 그 이상의 발사체를 사용하여 개별적으로 궤도상에 진입시킨 후 자력을 이용하여 우주공간에서 자동으로 조립하여 한 개의 위성체 또는 다수의 위성이 물리적으로 결합된 위성군을 이루도록 하는 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 인공위성의 발사기술, 형상 설계 기술, 위성 배치 등의 분야에 적용되며, 이밖에도 인공위성의 우주 도킹 등에도 응용 가능하다.

종래의 인공위성의 경우 대형 인공위성이 필요할 때 대용량의 발사체를 사용하여 인공위성을 궤도에 위치시키는 방법을 사용한다.

그러나 이러한 종래의 방법은 대형 발사체를 사용하여야 한다는 제한이 있고, 대형 위성체의 지상에서의 조립, 이동, 시험 등에서도 대형 시설을 필요로 하는 등의 제한이 따르는 문제점이 있었다.

그리고 대형 인공위성을 사용하지 않는 다른 방법으로는 인공위성 두 개 또는 그 이상을 동일한 궤도상에 위치시켜 한 기의 대형위성이 수행할 작업을 다수의 위성이 분할하여 수행하도록 하는 co-location 방법이 있다.

그러나 이 방법 또한 co-location을 하고 있는 두 개 또는 여러 개의 위성이 충돌하거나 상호 간섭을 일으키는 문제를 예방하기 위하여 항상 위성 궤도 파라미터의 관측 및 추정 작업을 수행하여 위성의 절대 위치 뿐만 아니라 위성 간의 상대 위치를 제어해 주어야 하는 불편함이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 인공위성을 궤도상에 위치시킴에 있어서 인공위성 부분체 또는 완전한 기능을 갖는 소형위성인 클러스터를 한 개 또는 그 이상의 발사체를 사용하여 개별적으로 궤도상에 진입시킨 후 자력을 이용하여 우주공간에서 자동으로 조립하여 한 개의 위성체 또는 다수의 위성이 물리적으로 결합된 위성군을 이룰 수 있도록 하는 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 방법은,

위성 클러스터를 각각 궤도상에 위치시킨 다음 결합할 상기 위성 클러스터의 접합 순서를 결정하는 제1 단계와; 상기 접합이 결정된 위성 클러스터 쌍의 접합부를 자화시키는 제2 단계와; 상기 위성 클러스터 쌍의 접합부로 상호 접속되면 랫치 기구를 사용하여 위성 클러스터 쌍을 기구적으로 결합시키는 제3 단계와; 상기 위성 클러스터 쌍이 기구적으로 접합되면 상기 위성 클러스터 쌍의 접합부에 전류 공급을 중지하여 접합부에 있는 자기력을 소멸시키는 제4 단계를 수행함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 장치는,

한 개 또는 그 이상의 발사체를 이용하여 궤도상에 놓이면 상기 발사체의 유도제어에 의해 다른 위성 클러스터와 결합되도록 이동하여 위성에 필요한 기능을 수행하는 위성의 결합체인 위성 클러스터와; 상기 위성 클러스터의 외부에 위치하며, 막대 형태의 전자석으로 이루어져 전류가 공급되면 자화되어 다른 위성 클러스터의 접합부와 접합되고, 다른 위성 클러스터의 접합부에 접합된 다음에는 래치 기구에 의해 접합부위가 고정되도록 하는 접합부로 구성됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도1은 본 발명에 의한 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 방법을 보인 흐름도이고,

도2는 본 발명에 의한 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 장치를 보인 도면이고,

도3은 도2에서 위성 클러스터 접합부의 상세도면이며,

도4는 본 발명이 적용되는 위성 클러스터의 결합전 모양을 보인 도면이고,

도5는 본 발명이 적용되는 위성 클러스터를 결합하여 위성체가 만들어진 모양을 보인 도면이다.

이하, 상기와 같은 본 발명 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 장치 및 그 방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에서는 종래 위성 발사 방식의 문제점을 해결하기 위하여 크기가 작은 여러 개의 위성 부분체 또는 완전한 기능을 갖는 소형 인공위성(위성 클러스터)을 각각 발사하여 궤도에 진입시키고, 이들 클러스터를 우주공간에서 결합하여 크기가 큰 한 개의 위성을 만들거나 각기 다른 기능을 수행하는 위성들이 물리적으로 결합되어 일체로 궤도 운동을 하는 위성 플랫폼(한 개의 위성체 또는 다수의 위성이 물리적으로 결합된 위성군)을 구성하도록 한다. 위성 클러스터에 부착되어 있는 추력기를 사용하여 결합하는 경우 정확한 조립을 위해 고도의 정확한 자세 및 위치 제어를 필요로 하는데, 본 발명은 추력기 대신 각 위성 클러스터에 전자석으로 구성된 접합장치를 두어, 지상에서 간단한 원격 명령으로 결합 장치 쌍을 자화하여 이 자력으로 두 개의 위성이 상호 근접하여 결합되는 방법을 사용한다.

도1은 본 발명에 의한 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 위성 클러스터를 각각 궤도상에 위치시킨 다음 결합할 상기 위성 클러스터의 접합 순서를 결정하는 제1 단계(ST1)(ST2)와; 상기 접합이 결정된 위성 클러스터 쌍의 접합부를 자화시키는 제2 단계(ST3)와; 상기 위성 클러스터 쌍의 접합부로 상호 접속되면 랫치 기구를 사용하여 위성 클러스터 쌍을 기구적으로 결합시키는 제3 단계(ST4)와; 상기 위성 클러스터 쌍이 기구적으로 접합되면 상기 위성 클러스터 쌍의 접합부에 전류 공급을 중지하여 접합부에 있는 자기력을 소멸시키는 제4 단계(ST5)(ST6)를 수행한다.

도2는 본 발명이 적용되는 위성 클러스터의 형상을 보인 도면이고, 도3은 도2에서 위성 클러스터 접합부의 상세도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 한 개 또는 그 이상의 발사체를 이용하여 궤도상에 놓이면 상기 발사체의 유도제어에 의해 다른 위성 클러스터와 결합되도록 이동하여 위성에 필요한 기능을 수행하는 위성의 결합체인 위성 클러스터와; 상기 위성 클러스터의 외부에 위치하며, 막대 형태의 전자석으로 이루어져 전류가 공급되면 자화되어 다른 위성 클러스터의 접합부와 접합되고, 다른 위성 클러스터의 접합부에 접합된 다음에는 래치 기구에 의해 접합부위가 고정되도록 하는 접합부로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 한 개의 규모가 큰 위성체 도는 각기 다른 기능을 수행하는 위성의 결합체인 위성 플랫폼을 위성 부분체 및 소형 위성으로 구성한다. 이 위성 부분체 및 소형 위성은 한 개 또는 그 이상의 발사체를 사용하여 궤도상에 놓이게 되며, 발사체의 유도제어 기능을 사용하여 각각의 클러스터는 충분히 근접한 위치에 유사한 궤도 파라미터를 갖도록 한다. 각각의 위성 클러스터에는 다른 위성 클러스터와 결합되는 되는 부분인 접합부가 있다. 각 접합부는 막대 형태의 전자석으로 만들어져 있어 접합부에 전류를 공급하면 자화되어 다음의 수학식1과 같은 자기쌍극자 모멘트가 발생된다.

m_i= μ_ciNA (ampere-turns/meter)

여기서

μ_c

는 자기 물질의 투자율이고,

i

는 전류이며,

N

은 턴 횟수이고,

A

는 cross section area이다.

그래서 접합부 쌍 1, 2를 동시에 자화시키는 경우 다음의 수학식2와 같이 주어지는 자력에 의하여 상호 인력이 작용하게 된다.

여기서

m₁, m₂

는 자기 모멘트이고,

μ₀

는 자유공간에서의 투자율

(4π×10^-7weber/ampere-meter)

이며,

r

은

m₁

과

m₂

간의 거리이다.

도4는 본 발명이 적용되는 위성 클러스터의 결합전 모양을 보인 도면이다. 즉, 발사체에 의하여 위성 클러스터가 각각 궤도상에 위치하게 되는 데, '위성 클러스터1의 제1 접합부'와 위성 클러스터2의 제1 접합부'를 결합하기 위해서는 해당되는 접합부에 전류를 공급하여 접합부를 자화시켜주면, 자기력에 의하여 두 접합부가 가까이 이동하여 결합하게 된다. 결합 이후 다음 결합 작업에 상호 교란이 발생하지 않게 하기 위하여 자력을 제거하는 경우에도 접합 부분이 떨어지지 않도록 래치 기구를 이용하여 영구 결합되도록 한다.

이렇게 상기한 결합 작업을 '위성 클러스터1의 제2 접합부'와 '위성 클러스터3의 제1 접합부'를 상기의 방법과 동일하게 반복 수행하면, 그림5와 같이 결합된 형태의 위성체를 구성할 수 있다.

이와 같은 방법의 반복적인 수행으로 임의의 개수의 클러스터 결합도 가능해진다.

이처럼 본 발명은 위성 클러스터를 우주공간에서 자동으로 조립하여 한 개의 위성체 또는 다수의 위성이 물리적으로 결합된 위성군을 이루게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 즉, 인공위성의 발사기술, 형상 설계 기술, 위성 배치 등의 분야에 적용되며, 이밖에도 인공위성의 우주 도킹 등에도 응용 가능하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 장치 및 그 방법은 대형 위성을 일시에 한 개의 발사체를 사용하여 발사하지 않고 수 개의 부분체로 나누어 발사할 수 있도록 함으로써 소형 발사체의 사용이 가능하고 서로 다른 시간에도 위성을 발사할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한 본 발명은 다수의 위성을 동일 궤도상에 배열하여 위성 간의 상대 위치를 제어하지 않고 위성들을 물리적으로 결합하여 하나의 몸체를 만듦으로써 각각의 위성에 대한 위치제어가 불필요한 효과도 있게 된다.

더불어 본 발명은 추력기를 이용한 결합이 아닌 자력을 이용한 결합으로 위성 클러스터의 자동적인 접근 및 결합이 가능한 효과가 있게 된다.

나아가 본 발명은 순차적인 자화 명령으로 원하는 위성체 형상을 용이하게 구현할 수 있는 효과도 있게 된다.

Claims

우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 방법에 있어서,

위성 클러스터를 각각 궤도상에 위치시킨 다음 결합할 상기 위성 클러스터의 접합 순서를 결정하는 제1 단계와;

상기 접합이 결정된 위성 클러스터 쌍의 접합부를 자화시키는 제2 단계와;

상기 위성 클러스터 쌍의 접합부로 상호 접속되면 랫치 기구를 사용하여 위성 클러스터 쌍을 기구적으로 결합시키는 제3 단계와;

상기 위성 클러스터 쌍이 기구적으로 접합되면 상기 위성 클러스터 쌍의 접합부에 전류 공급을 중지하여 접합부에 있는 자기력을 소멸시키는 제4 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 방법.
우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터에 있어서,

한 개 또는 그 이상의 발사체를 이용하여 궤도상에 놓이면 상기 발사체의 유도제어에 의해 다른 위성 클러스터와 결합되도록 이동하여 위성에 필요한 기능을 수행하는 위성의 결합체인 위성 클러스터와;

상기 위성 클러스터의 외부에 위치하며, 막대 형태의 전자석으로 이루어져 전류가 공급되면 자화되어 다른 위성 클러스터의 접합부와 접합되고, 다른 위성 클러스터의 접합부에 접합된 다음에는 래치 기구에 의해 접합부위가 고정되도록 하는 접합부로 구성된 것을 특징으로 하는 우주공간에서의 인공위성 부분체 및 클러스터 결합 장치.