KR20030018507A - a - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인공위성의 3축 자세제어 시스템을 지상에서 검증할 수 있도록 하는 인공위성의 자세제어 모의 실험장치에 관한 것으로The present invention relates to a simulation apparatus for attitude control of satellites to enable the three-axis attitude control system of satellites to be verified on the ground.
더욱 상세하게는 추력을 제공하는 압축공기 탱크를 안정되고 견고하게 고정시킬 수 있도록 하며, 압축공기 탱크에서 공급되는 압축공기를 추력기에 정확하게 공급할 수 있도록 하는 배관을 제공하는 인공위성의 3축 자세제어 지상 모의 실험장치에 관한 것이다.More specifically, the three-axis attitude controlled ground simulation of a satellite that provides a stable and firm fixation of the compressed air tank providing thrust and a pipe to accurately supply the compressed air supplied from the compressed air tank to the thruster. It relates to an experimental apparatus.
인공위성의 개발에 있어서, 주어진 임무(통신, 탐사, 관측 등)를 성공적으로 수행하기 위해서는 추진시스템, 구조시스템, 전력시스템, 자세제어시스템 등 여러 가지 분야를 면밀히 검토하는 것이 필요하며, 그 중에서도 자세제어시스템은 센서와 액튜에이터 그리고 제어로직을 구현해주는 탑재 컴퓨터가 위성 내부에 넓게 위치하여 긴밀하게 동작하여야 하므로 인공위성을 개발하여 시험하는 과정을 지상에서 수행할 때 충분한 검토가 이루어져야 한다.In the development of satellites, in order to successfully perform a given task (communication, exploration, observation, etc.), it is necessary to closely examine various fields such as propulsion system, rescue system, power system, and attitude control system. The system must be closely spaced inside the satellite, with sensors, actuators, and onboard computers that implement control logic, so sufficient consideration should be given to the development and testing of satellites on the ground.
특히 인공위성의 경우 개발비용이 매우 비싸고 일단 발사체를 통해 우주 공간에 올려지면 정비가 불가능하므로 발사되기 이전에 지상에서 많은 검증을 통해 정상임을 확인하여야 한다.In particular, since satellites are very expensive to develop and cannot be serviced once they are placed in space through a projectile, many verifications on the ground prior to launch should confirm that they are normal.
종래에는 소프트웨어적으로 자세제어시스템을 해석하고 인공위성 전체가 조립되어진 후 최종시험단계에서만 하드웨어적인 자세제어시스템 검증을 수행하는 것이 일반적으로, 인공위성의 개발 및 조립과정에서 자세제어 시스템에 근접한 상황에서 시험 및 검증을 할 수 없는 것이었다.Conventionally, the attitude control system is analyzed by software, and after the entire satellite is assembled, the hardware attitude control system verification is performed only at the final test stage. Could not verify.
본 발명은 인공위성의 조립 후 최종 시험단계 이전에 센서와 탑재 컴퓨터 그리고 액튜에이터가 유기적으로 동작하여 설계된 제어로직을 통해 인공위성의 자세를 적절히 제어할 수 있는 가를 실제 개발하고자 하는 인공위성의 자세제어시스템에 근접한 상황에서 실험할 수 있도록 하는 것으로, 실제 모델에 근접한 3축 자세제어시스템을 구현하기 위한 것이다.The present invention is in close proximity to the attitude control system of a satellite that actually develops whether the sensor, the mounting computer, and the actuator can control the attitude of the satellite properly through the designed control logic before the final test step after the satellite is assembled. It is intended to implement the 3-axis attitude control system that is close to the actual model.
이러한 본 발명은 육면체의 인공위성 모사 구조물의 후레임에 설치되는 압축공기 탱크의 설치 위치와 방향에 따라서 안정되고 견고하게 고정시키는 관통 클램트와 받침 클램프 및 지지 클램프와, 압축공기 탱크에서 공급되는 압축공기를 배관과 정압계를 통하여 마름모꼴로 설치되는 추력기와 상측의 양선단에 설치된 추력기에 안정된 추력을 제공함으로써 인공위성 모사 구조물을 마찰의 영향을 최소로 받는 에어 베어링에 띄워놓고 탑재 컴퓨터의 자세제어 로직을 실험하여 실제에 근접된 상황에서의 3축 자세제어실험이 가능하도록 하는 것이다.The present invention is a through-clamp, a support clamp and a support clamp for stably and firmly fixing in accordance with the installation position and direction of the compressed air tank installed on the frame of the satellite simulation structure of the cube, and compressed air supplied from the compressed air tank By providing stable thrust to the thrusters installed in the lozenge and the thrusters installed on both upper ends through the pipe and the pressure gauge, the satellite simulated structure is floated on the air bearings that are minimally affected by friction, and the attitude control logic of the mounted computer is tested. It is to enable the 3-axis attitude control experiment in a situation close to reality.
도 1 은 본 발명의 외형 사시도1 is an external perspective view of the present invention
도 2 는 본 발명의 공기탱크에 대한 설치상태 사시도Figure 2 is a perspective view of the installation state for the air tank of the present invention
도 3 은 본 발명의 공기탱크에 대한 다른 설치상태 사시도Figure 3 is a perspective view of another installation state for the air tank of the present invention
도 4 는 본 발명중 관통 클램프를 이용한 공기탱크의 설치상태 단면도Figure 4 is a cross-sectional view of the installation state of the air tank using a through clamp of the present invention
도 5 는 본 발명중 받침 클램프를 이용한 공기탱크의 설치상태 단면도Figure 5 is a cross-sectional view of the installation state of the air tank using the support clamp in the present invention
도 6 은 본 발명중 지지 클램프를 이용한 공기탱크의 설치상태 단면도Figure 6 is a cross-sectional view of the installation state of the air tank using the support clamp in the present invention
도 7 은 본 발명중 받침 클램프의 평면도7 is a plan view of the support clamp of the present invention;
도 8 은 본 발명중 지지 클램프의 평면도8 is a plan view of the support clamp of the present invention;
도 9 는 본 발명의 공기탱크에 대한 배관 연결상태도9 is a pipe connection state diagram for the air tank of the present invention
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]
1 : 인공위성 모사 구조물2 : 에어 베어링1: satellite simulation structure 2: air bearing
3 : 중간판4, 4' : 압축공기 탱크3: intermediate plate 4, 4 ': compressed air tank
5 : 관통 클램프6 : 받침 클램프5 through clamp 6 support clamp
7 : 지지 클램프8 : 후레임7: support clamp 8: frame
9 : 고정대10 : 고정링9: fixed base 10: fixed ring
11 : 고리12, 15, 19 : 쿠션재11: hook 12, 15, 19: cushioning material
13 : 받침대14 : 받침면13: support 14: support surface
16 : 지지대17 : 지지면16: support 17: support surface
18 : 접촉면20, 21, 22, 23, 24, 25 : 추력기18: contact surface 20, 21, 22, 23, 24, 25: thruster
26 : 노즐27 : 배관26: nozzle 27: piping
28, 29, 30 : 정압계28, 29, 30: barometer
본 발명은 구조물이 탑재 가능한 육면체의 인공위성 모사 구조물(1)과, 인공위성 모사 구조물(1)이 마찰의 영향을 최소로 받도록 공중에 띄워주는 에어 베어링(2)과, 인공위성 모사 구조물(1)의 자세제어추력을 발생시키는 노즐(26)과, 상기 노즐(26)에 추력소스로 공급되는 압축공기 탱크(4, 4')와, 압축공기 탱크로(4, 4')로부터 노즐(26)까지 추력소스를 공급하는 배관(27)과, 상기 인공위성 모사 구조물(1)에 탑재되어 자세제어센서 입력에 따라 압축공기의 추력을 제어하는 탑재컴퓨터로 구성된다.The present invention is a posture of the satellite simulation structure (1) of the hexahedron that can be mounted on the structure, the air bearing (2) to float in the air so that the satellite simulation structure (1) is minimally affected by friction, and the attitude of the satellite simulation structure (1) Thrust from the nozzle 26 to generate control thrust, the compressed air tanks 4 and 4 'supplied to the nozzle 26 as a thrust source, and the compressed air tank passages 4 and 4' to the nozzle 26; A pipe 27 for supplying a source and a mounting computer mounted on the satellite replica structure 1 to control the thrust of the compressed air according to the attitude control sensor input.
여기서 인공위성 모사 구조물(1)을 에어 베어링(2)과 결합시킬 때 인공위성 모사 구조물(1)이 안정적으로 고정되기 위하여 중간판(3)에 에어 베어링(2)을 결합 고정시킨다.Here, when the satellite simulation structure 1 is coupled to the air bearing 2, the air bearing 2 is fixed to the intermediate plate 3 so as to stably fix the satellite simulation structure 1.
압축공기를 제공하는 압축공기 탱크(4, 4')중 후레임(8)의 상측에 설치되는 압축공기 탱크(4)는 양측의 2곳에서 압축공기의 공급방향이 아래를 향하도록 설치되며, 후레임(8)의 하측에 설치되는 압축공기 탱크(4)는 양측의 2곳에서 압축공기의 공급방향이 상측을 향하도록 설치된다.Compressed air tanks 4, which are installed on the upper side of the frame 8, among the compressed air tanks 4 and 4 'that provide compressed air, are installed so that the supply direction of the compressed air is downward at two places on both sides. The compressed air tank 4 provided below (8) is provided so that the supply direction of compressed air may be directed upward at two places on both sides.
압축공기 탱크(4, 4')는 각각 상, 하측의 2곳에서 도 2 내지 도 3 와 같이 클램프를 통하여 고정되는 것으로, 압축공기 탱크(4, 4')의 상측에는 후레임(8)에 도 4 와 같이 내부에 반원형으로 홈이 형성된 고정대(9)가 압축공기 탱크(4, 4')를 감싸며, 외측으로 고정링(10)이 설치되고 고정대(9)와 고정링(10)의 내부에는 쿠션재(12)를 삽입하여 고리(11)로 견고하게 고정되도록 한다.Compressed air tanks 4 and 4 'are fixed to the upper and lower portions of the compressed air tanks as shown in Figs. 2 to 3, respectively. As shown in FIG. 4, the holder 9 formed with a semicircular groove therein surrounds the compressed air tanks 4 and 4 ', and the fixing ring 10 is installed to the outside, and the holder 9 and the fixing ring 10 Insert the cushion material 12 to be firmly fixed to the ring (11).
압축공기 탱크(4')의 하측에는 도 3 과 도 5 및 도 7 와 같이 받침 클램프(6)를 통하여 고정되는 것으로, 압축공기 탱크(4')의 하측을 절반정도 지지하도록 반원형의 받침면(14)이 형성된 받침대(13)를 후레임(8)에 고정하며, 전방에서 고정링(10)으로 압축공기 탱크(4')의 전방을 감싸며 고리(11)로 고정되도록 하고 압축공기 탱크(4')의 하측과 고정링(10)의 내부에 쿠션재(15)를 형성한다.The lower side of the compressed air tank 4 'is fixed through the support clamp 6 as shown in FIGS. 3, 5, and 7, and the semicircular support surface is formed so as to support the lower side of the compressed air tank 4' about half. 14 is fixed to the frame (8) formed in the frame (8), wrap the front of the compressed air tank (4 ') with a fixed ring (10) from the front to be fixed with a ring (11) and compressed air tank (4') Cushion material 15 is formed in the lower side and the inside of the fixing ring (10).
압축공기 탱크(4)의 상측에는 도 2 와 도 6 및 도 8 과 같이 지지 클램프(7)를 통하여 고정되는 것으로, 압축공기 탱크(4)의 상측이 라운드로 형성되어 있으므로 반원형의 지지면(17)이 형성되어 압축공기 탱크(4)의 외측면이 지지되도록 하고, 지지면(17)의 외측으로 접촉면(18)을 형성하여 압축공기 탱크(4)의 라운드면과 접촉되도록 하는 지지대(16)를 후레임(8)에 고정하며, 전방에서 고정링(10)으로 압축공기 탱크(4)의 전방을 감싸며 고리(11)로 고정되도록 하고 압축공기 탱크(4)와 고정링(10)의 내부에 쿠션재(19)를 형성한다.The upper side of the compressed air tank 4 is fixed through the support clamp 7 as shown in Figs. 2, 6 and 8, the upper side of the compressed air tank 4 is formed in a round, semi-circular support surface 17 Is formed to support the outer surface of the compressed air tank (4), the support 16 to form a contact surface (18) to the outside of the support surface 17 to contact the round surface of the compressed air tank (4) To the frame (8), wrap the front of the compressed air tank (4) with a fixed ring (10) from the front to be fixed with a ring (11) and to the inside of the compressed air tank (4) and the fixed ring (10) The cushioning material 19 is formed.
이러한 압축공기 탱크(4, 4')를 고정하는 관통 클램프(5)와 받침 클램프(6) 및 지지 클램프(7)를 통하여 견고하고 안정되게 고정시키는 것이며, 주로 강화플라스틱을 사용하여 무게를 줄이는 것이다.The compressed air tanks 4 and 4 'are securely and stably fixed through the through clamps 5, the support clamps 6, and the support clamps 7, which mainly reduce the weight by using reinforced plastics. .
그리고 인공위성 모사 구조물(1)의 양측에는 후레임(8)이 설치되고 각각 압축공기 탱크(4, 4')가 탑재되어 있으며, 후레임(8)에는 노즐(26)이 설치된 추력기(20, 21, 22, 23)가 사방향에서 마름모꼴 형상을 갖도록 설치되고, 후레임(8)의 상측에는 양측의 2곳에 추력기(24, 25)를 설치한다.Frames 8 are installed on both sides of the satellite replica structure 1, and compressed air tanks 4 and 4 ′ are mounted, respectively, and frames 8 are thrusters 20, 21, 22 provided with nozzles 26. , 23 is provided to have a rhombus shape in the four directions, and thrusters 24 and 25 are provided at two positions on both sides of the frame 8 above.
여기서 추력기(20, 21, 22, 23)를 마름모꼴로 설치하고 상측에서 양측에 추력기(24, 25)를 설치하여 인공위성 모사 구조물(1)의 3축 제어가 효율적이도록 하는 것이다.Here, the thrusters 20, 21, 22, 23 are installed in a lozenge and thrusters 24, 25 are installed on both sides from the upper side so that the three-axis control of the satellite replica structure 1 is efficient.
또한 압축공기 탱크(4, 4')에는 배관(27)이 연결되어 있어서 압축공기를 탑재컴퓨터의 제어에 의해 추력기(20, 21, 22, 23, 24, 25)에 공급하는 것으로, 4개의 압축공기 탱크(4, 4')가 하나의 통로에 연결되도록 하여 정압계(28)를 통하여 추력기(20, 22)에 압축공기를 공급하도록 하며, 다른 정압계(29)를 통하여 추력기(24, 25)에 압축공기를 공급하도록 하고, 또 다른 정압계(30)를 통하여 추력기 (21, 23)에 압축공기를 공급하도록 하는 것이다. 이때, 하나의 통로로 연결하는 것은 4개 탱크(4, 4')에서 생성되는 압력을 동일하게 유지함으로써 최종 6개 노즐(26) 끝단에서의 압력 차이를 없애기 위한 것이다.In addition, a pipe 27 is connected to the compressed air tanks 4 and 4 ', and the compressed air is supplied to the thrusters 20, 21, 22, 23, 24 and 25 by the control of the onboard computer. The air tanks 4 and 4 'are connected to one passage to supply compressed air to the thrusters 20 and 22 through the hydrostatic pressure gauge 28, and thrusters 24 and 25 through the other hydrostatic pressure gauge 29. ) To supply compressed air, and to supply the compressed air to the thrusters (21, 23) through another hydrostatic pressure gauge (30). At this time, connecting to one passage is to eliminate the pressure difference at the end of the last six nozzles 26 by maintaining the pressure generated in the four tanks (4, 4 ') the same.
상기 정압계(28, 29, 30)는 500∼200psi 이하에 맞출 수 있으며, 본 발명의 경우에는 200psi에 맞추어 실험할 수 있도록 조절되어진다.The pressure gauges 28, 29, 30 can be adjusted to 500 ~ 200psi or less, in the case of the present invention is adjusted to be adjusted to 200psi.
탑재컴퓨터의 제어에 의해 압축공기 탱크(4, 4')의 압축공기가 정압계(28, 29, 30)를 통하여 추력기(20, 21, 22, 23, 24, 25)에 공급되면 추력기(20, 22)는 100psi의 압축공기가 분사되고 나머지의 추력기(21, 23, 24, 25)는 200psi의 압축공기가 노즐(26)을 통하여 분사되도록 한다.When the compressed air of the compressed air tanks 4, 4 ′ is supplied to the thrusters 20, 21, 22, 23, 24, 25 through the hydrostatic pressure gauges 28, 29, 30 under the control of the onboard computer, the thruster 20 , 22) is compressed air of 100 psi and the rest of the thrusters (21, 23, 24, 25) allows the compressed air of 200 psi through the nozzle (26).
에어 베어링(2)은 분사되는 압축공기를 이용하여 고정된 구조물을 띄워 주게 되는 것으로 일반베어링의 마찰영향을 무시할 수 있고 인공위성 모사 구조물(1)의 무게 중심을 맞추어 주면 중력의 영향도 무시할 수 있다.Air bearing (2) is to float the fixed structure by using the compressed air is injected can ignore the frictional effects of the general bearing, and the center of gravity of the satellite replica structure (1) can also ignore the effect of gravity.
즉, 에어 베어링(2)은 압축공기를 분사시켜 상부를 들어올리게 되므로 에어베어링(2)에 고정된 인공위성 모사 구조물(1)을 띄워주게 되며, 이때 무게중심을 잘 잡아주어 중력의 영향을 무시할 수 있도록 하는 것이다.That is, the air bearing (2) is to lift the top by injecting compressed air to float the satellite simulation structure (1) fixed to the air bearing (2), at this time can hold the center of gravity well to ignore the influence of gravity To ensure that
이 상태에서 자세제어를 위해 탑재컴퓨터에서 압축공기 탱크(4, 4')에 저장된 압축공기가 배관(27)과 정압계(28, 29, 30)를 통하여 추력기(20, 21, 22, 23, 24, 25)의 노즐(26)에서 분사시키면, 압축공기의 분사 반발력에 의하여 인공위성 모사 구조물(1)이 추력기(20, 21, 22, 23, 24, 25)의 노즐(26)에서 분사되는 압축공기의 분사방향과 반대방향으로 회전하게 된다.In this state, the compressed air stored in the compressed air tanks (4, 4 ') in the onboard computer for the posture control through the pipe 27 and the hydrostatic pressure (28, 29, 30) thrusters (20, 21, 22, 23, When sprayed from the nozzles 26 of the 24 and 25, the satellite replica structure 1 is compressed by the nozzle 26 of the thrusters 20, 21, 22, 23, 24 and 25 by the spraying repulsive force of the compressed air. It is rotated in the direction opposite to the injection direction of air.
따라서 추력기(20, 21, 22, 23, 24, 25)의 압축공기 분사방향 선택에 따라 인공위성 모사 구조물(1)의 3축 자세실험이 가능한 것이다.Therefore, the three-axis attitude test of the satellite simulation structure 1 is possible according to the compressed air injection direction selection of the thrusters 20, 21, 22, 23, 24, and 25.
또한, 압축공기 탱크(4, 4')의 설치위치와 방향에 따라서 관통 클램프(5)와 받침 클램프(6) 및 지지 클램프(7)를 통하여 안정되고 견고하게 고정시키는 것이다.In addition, according to the installation position and the direction of the compressed air tank (4, 4 '), it is fixed through the through clamp 5, the support clamp 6 and the support clamp (7) stably and firmly.
본 발명은 인공위성을 모사한 구조물을 지상에서 마찰력과 중력의 영향을 최소화하여 우주공간에 놓여 있는 효과를 얻고, 센서와 탑재컴퓨터 및 액튜에이터에 이르는 인공위성 자세제어시스템을 실제 부품배치 상태에서 실험이 가능한 것으로, 지상에서 실제 개발된 인공위성의 자세제어시스템에 근접된 상황에서 실험 검증이 가능한 것이다.The present invention obtains the effect of being placed in space by minimizing the effects of friction and gravity on the structure that simulates the satellite, and it is possible to experiment with the satellite attitude control system ranging from sensors, onboard computers, and actuators to actual component placement. In other words, experimental verification is possible in close proximity to the attitude control system of satellites actually developed on the ground.
본 발명은 압축공기를 공급하는 압축공기 탱크는 클램프를 통하여 가볍고 견고하며 안정되게 설치할 수 있는 것이다.According to the present invention, the compressed air tank for supplying compressed air can be installed lightly, firmly and stably through a clamp.
본 발명은 압축공기 탱크를 하나의 배관으로 연결하여 노즐 끝단에서의 압력차이를 없앨 수 있는 것이다.The present invention can eliminate the pressure difference in the nozzle end by connecting the compressed air tank with a single pipe.
본 발명은 압축공기를 노즐을 통하여 분사하는 추력기를 마름모꼴로 설치하고 상단의 양측에도 추력기를 설치하여 3축 제어가 효율적으로 이루어지도록 하는 것이다.The present invention is to install a thruster for spraying compressed air through the nozzle in a lozenge and to install the thrusters on both sides of the upper end so that the three-axis control is efficiently performed.
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