KR20110005553A - 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템 - Google Patents

우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고해상도 관측 성능이 요구되는 관측용 위성의 지향성능향상을 위해 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기와 같은 진동발생원으로부터의 진동이 관측용 탑재체로 전달되지 않도록 하는 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연시스템에 관한 것으로서, 냉각용 압축기(20)가 고정되는 상부지지판(11)과; 우주 적외선 검출기 구조물에 고정 설치되는 하부고정판(12)과; 상부지지판과 하부고정판 사이에 복수개 설치되어 상부지지판을 탄성 지지하는 저강성 스프링(13)과; 저강성 스프링의 상부 또는 하부를 감싸도록 상부지지판의 저면 및 하부고정판의 상면에 각각 설치된 원통형의 상측 스프링 가이드(14) 및 하측 스프링 가이드(15)와; 상부지지판과 하부고정판 사이에 설치된 구속볼트(16)를 이용하여 상부지지판을 안정적으로 구속하는 구속장치(17);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 저강성 스프링을 이용하여 진동발생원을 탄성 지지하여 진동 발생원으로부터의 진동이 관측용 탑재체에 전달되지 않도록 하여 관측 성능이 향상되도록 함과 아울러 발사체에 탑재할 때 진동발생원을 구조물에 견고하게 구속하여 발사시 구조건전성을 확보할 수 있다.
냉각용 압축기, 우주적외선, 진동 절연, 저강성스프링, 구속, 구조건전성

Description

우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템{Vibration Isolation System of Cryo-Cooler for Space Infrared Detector}
본 발명은 고해상도 관측 성능이 요구되는 관측용 위성의 지향성능향상을 위해 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기와 같은 진동발생원으로부터의 진동이 관측용 탑재체로 전달되지 않도록 하는 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연시스템에 관한 것으로서, 특히 발사시 발사환경에 대한 구조건전성을 확보할 수 있도록 하여 발사환경과 궤도환경이라는 상이한 환경에 적응할 수 있도록 한 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연시스템에 관한 것이다.
일반적으로 관측용 위성은 가시광선과 적외선을 이용하여 지상을 관측하고 있으며, 우주에서 적외선을 검출하기 위한 적외선 검출기를 구비하고 있다. 이러한 적외선 검출기는 적절한 파장 범위에 있는 적외선 광자를 흡수하여 발생하는 전하를 이용하여 신호를 생성 및 분석하여 화상으로 나타내게 되며, 그 과정에서 상당한 수준의 열을 발생하게 된다. 이러한 열은 잡음을 증가시키는 원인이 되고 초점면 성능을 감소시키기 때문에 냉각이 필수적이다. 이에 따라 궤도상에서 적외선을 검출하는 우주 적외선 검출기는, 냉각가스를 압축시키고 순환시키기 위하여 냉각용 압축기와 같은 냉각수단을 구비하고 있다.
그런데, 상기한 냉각용 압축기가 작동하게 되면 진동이 발생하게 되고, 이러한 진동이 관측용 탑재체로 전달되면 관측지향성능이 저하된다. 따라서, 냉각용 압축기와 같은 진동발생원으로부터의 진동이 관측용 탑재체에 전달되지 않도록 하는우주용 진동절연 기술이 개발되고 있다.
상기한 우주용 진동절연 기술로는, 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기 자체의 진동레벨 감소를 위하여 압축기 내부에 동흡진기(Tuned Mass Damper)를 장착하는 방법, 냉각용 압축기를 관측용 탑재체로부터 멀리 떨어진 곳에 장착하여 거리감쇠효과를 얻는 방법, 능동형 액츄에이터를 이용한 능동제어방법, 적외선 검출기 냉각을 위해 검출기와 압축기 사이에 냉각가스가 이동하는 트랜스퍼 라인에 유연성을 부가하고 압축기와 구조물 사이에 댐핑 마운트를 적용하는 수동제어방법 등이 있다.
한편, 상기한 우주 적외선 검출기 및 냉각용 압축기는 발사체에 탑재되어 우주로 이송되므로, 발사환경을 고려할 필요가 있다. 즉, 발사체 내에 탑재된 우주 적외선 검출기 및 냉각용 압축기가 발사 도중에 발사체 내부에서 움직이지 않도록 견고하게 고정해야 하는데, 이를 발사시의 구조건전성이라 한다. 따라서, 냉각용 압축기로부터의 진동 전달을 차단하기 위하여 댐핑 마운트를 제작할 때, 상기한 발사시의 구조건전성을 고려하여야 한다.
그런데, 궤도상의 구조물에 설치되는 압축기는 압축기 운용시 발생하는 열을 위성체 외부에 장착된 라디에이터까지 전달시키기 위한 히트파이프와 적외선 검출 기 내부의 검출면 냉각을 위하여 검출기와 압축기 사이에 냉각가스가 이동하는 트랜스퍼 라인으로 구속되어 있다. 따라서, 압축기로부터 구조물에 전달되는 진동 전달력의 감쇠를 위하여 압축기와 구조물 사이에 발사시의 구조건전성을 고려한 진동 마운트를 적용하면, 상기한 히트파이프와 트랜스퍼 라인이 갖는 강성이 더해져 요구조건을 만족하는 진동절연 효과를 얻을 수 없다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 발사시에는 냉각용 압축기를 구속/지지하여 발사환경에 대한 구조건전성을 확보하고, 궤도상에서는 구속 메커니즘의 구속해제와 함께 저강성 스프링의 지지구조를 이용하여 압축기의 진동이 광학 탑재체로 전달되는 것을 차단하여 정밀관측용 위성의 관측 지향성능이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 본 발명은 발사시 구조건전성을 확보하기 위하여 구속 메커니즘을 형성할 때 축방향은 물론 평면 방향으로도 구속이 이루어지도록 함으로써 발사시 구조건전성을 증대시킬 수 있도록 한 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 궤도상에서 냉각용 압축기의 구속이 해제될 때 과도응답으로 인하여 트랜스퍼 라인 등이 손상되지 않도록 한 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템은, 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기가 고정되는 상부지지판과; 상기 우주 적외선 검출기 구조물에 고정 설치되는 하부고정판과; 상기 상부지지판과 하부고정판 사이에 복수개 설치되어 상기 상부지지판을 탄성 지지하는 저강성 스프링과; 상기 저강성 스프링의 상부 또는 하부를 감싸도록 상기 상부지지판의 저면 및 상기 하부고정판의 상면에 각각 설치된 원통형의 상측 스프링 가이드 및 하측 스프링 가이드와; 상기 상부지지판과 하부고정판 사이에 설치된 구속볼트를 이용하여 상기 상부지지판을 안정적으로 구속하는 구속장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템은, 상기 구속볼트에 의한 상기 상부지지판의 구속이 해제될 때 과도 응답을 방지하기 위한 허용 변위 초과 방지수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템에 따르면, 상기 허용 변위 초과 방지수단은, 상기 상부지지판과 하부고정판 중 어느 일측에 설치된 원통형 실린더와, 상기 상부지지판과 하부고정판 중 타측에 설치되어 상기 원통형 실린더의 구멍에 삽입되는 로드와, 상기 로드의 선단에 구비되며 상기 원통형 실린더의 구멍보다 큰 직경으로 형성된 플랜지로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템에 따르면, 상기 상측 스프링 가이드와 상기 하측 스프링 가이드는 요철 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템에 따르면, 상기 상측 스프링 가이드의 저면 및 상기 하측 스프링 가이드의 상면에 각각 형성되는 요철부는 쐐기 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템은, 저강성 스프링을 이용하여 진동발생원을 탄성 지지하여 진동 발생원으로부터의 진동이 관측용 탑재체에 전달되지 않도록 하여 관측 성능이 향상되도록 함과 아울러 발사체에 탑재할 때 진동발생원을 구조물에 견고하게 구속하여 발사시 구조건전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 발사환경과 궤도환경이라는 상이한 환경에서 운용되는 위성 등에서 위성체 자세 제어를 위한 모멘텀 휠, 리액션 휠과 같은 진동발생원의 진동이 탑재임무장비에 전달되지 않도록 할 수 있다.
또, 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템에 따르면, 구속볼트와 같은 지지구조물 외에 상,하측 스프링 가이드의 쐐기형 요철부를 이용하여 평면방향의 구속력을 증가시킴으로써 발사시의 구조건전성이 증대되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템에 따르면, 냉각용 압축기를 탄성 지지하는 저강성 스프링을 스프링 가이드 내에 배치하여 구조물의 복잡성을 최소화하면서도 스프링 가이드를 상하로 분리하여 궤도상에서는 저강성 스프링에 의해서만 냉각용 압축기가 탄성 지지되도록 함으로써 냉각용 압축기의 진동이 관측용 탑재체로 전달되지 않도록 하는 효과가 있다.
또, 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템에 따르면, 궤도상에서 냉각용 압축기의 구속이 해제될 때 허용 변위 초과 방지수단을 이 용하여 과도응답을 제한함으로써 트랜스퍼 라인 등의 변위가 허용 범위 이상으로 커지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템이 도시된 구성도이고, 도 2는 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동 절연 시스템의 사용 상태도이며, 도 3a는 발사시 압축기가 구속된 상태가 도시된 진동절연 시스템의 측면도이고, 도 3b는 궤도상에서 압축기의 구속이 해제된 상태가 도시된 진동절연 시스템의 측면도이다.
본 발명에 의한 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템은, 냉각용 압축기(20)가 고정되는 상부지지판(11)과; 우주 적외선 검출기 구조물(도시 생략)에 고정 설치되는 하부고정판(12)과; 상기 상부지지판(11)과 하부고정판(12) 사이에 복수개 설치되어 상기 상부지지판(11)을 탄성 지지하는 저강성 스프링(13)과; 상기 저강성 스프링(13)의 상부 또는 하부를 감싸도록 상기 상부지지판(11)의 저면 및 상기 하부고정판(12)의 상면에 각각 설치된 원통형의 상측 스프링 가이드(14) 및 하측 스프링 가이드(15)와; 상기 상부지지판(11)과 하부고정판(12) 사이에 설치된 구속볼트(16)를 이용하여 상기 상부지지판(11)을 안정적으로 구속하는 구속장치(17)와; 상기 구속볼트(16)에 의한 상기 상부지지판(11)의 구속이 해제될 때 과도 응답을 방지하기 위한 허용 변위 초과 방지수단(18);을 포함하여 구성된다.
상기 냉각용 압축기(20)에는 압축기 운용시 발생하는 열을 위성체 외부에 장착된 라디에이터까지 전달시키기 위한 히트파이프(22)와 적외선 검출기 내부의 검출면 냉각을 위하여 검출기와의 사이에 냉각가스가 이동하는 트랜스퍼 라인(24)이 부착된다.
상기 허용 변위 초과 방지수단(18)은, 상기 하부고정판(11)의 상면에 설치된 원통형 실린더(18a)와, 상기 상부지지판(11)의 저면에 설치되어 상기 원통형 실린더(18a)의 구멍에 삽입되는 로드(18b)와, 상기 로드(18b)의 선단에 구비되며 상기 원통형 실린더(18a)의 구멍보다 큰 직경으로 형성된 플랜지(18c)로 이루어진다. 물론, 상기 원통형 실린더(18a)가 상기 상부지지판(11)의 저면에 설치되고, 상기 로드(18b)가 상기 하부고정판(12)의 상면에 설치될 수도 있다. 또, 상기 허용 변위 초과 방지수단(18)은 상기 상부지지판(11)의 좌우 양측에 대칭으로 설치되는 것이 바람직하다.
상기 저강성 스프링(13)과 상,하측 스프링 가이드(14)(15)는 일체화되어 상기 냉각용 압축기(20)를 탄성 지지하거나 체결하게 되며, 이를 위하여 상기 상측 스프링 가이드(14)와 상기 하측 스프링 가이드(15)는 요철 결합되는 구조로 형성된다. 이때, 상기 상측 스프링 가이드(14)의 저면 및 상기 하측 스프링 가이드(15)의 상면에 각각 형성되는 요철부(14')(15')는 쐐기 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템은 발사시 구속장치를 이용하여 냉각용 압축기를 지지/구속하여 구조건전성을 확보하고 궤도상에서는 저강성 스프링에 의해 냉각용 압축기가 탄성 지지되도록 함으로써 관측 지향성능의 저하를 방지하게 된다.
우주 적외선 검출기 및 이를 냉각시키기 위한 냉각용 압축기(20)를 우주로 발사하는 경우, 상기 냉각용 압축기(20)가 우주 적외선 검출기 구조물에 지지/구속되도록 한 상태로 발사체에 탑재한다. 즉, 구속볼트(16) 및 구속장치(17)를 이용하여 상기 냉각용 압축기(20)가 설치되는 상부지지판(11)을 상기 구조물의 하부고정판(12)에 견고하게 고정시키는 것이다. 따라서, 상기 구속볼트(16)에 의해 축방향의 구속력이 발생하여 상기 상부지지판(11)이 상하로 움직이지 않도록 한다.
이때, 상기 상부지지판(11)과 하부고정판(12)의 네 모서리에 각각 설치된 저강성 스프링(13)의 상측과 하측을 각각 감싸고 있는 상측 스프링 가이드(14) 및 하측 스프링 가이드(15)가 요철 결합되고 상기 저강성 스프링(13)은 어느 정도 압축된 상태가 된다. 따라서, 상기 상측 스프링 가이드(14) 및 하측 스프링 가이드(15)의 요철부(14')(15')에 의해 평면 방향의 구속력이 발생하게 된다. 여기서, 상기 상측 스프링 가이드(14)의 저면 및 하측 스프링 가이드(15)의 상면에 각각 형성된 요철부(14')(15')가 쐐기 형상으로 되어 있으므로, 상기 상측 스프링 가이드(14)와 하측 스프링 가이드(15)가 제 위치에서 견고하게 요철 결합된다.
이와 같이 상기 구속볼트(16)에 의해 축방향의 구속력이 발생하고, 상기 상, 하측 스프링 가이드(14)(15)에 의해 평면 방향의 구속력이 발생하게 되면, 상기 상부지지판(11)이 상하로 요동하거나 회전되는 일이 발생하지 않게 된다. 따라서, 발사시의 구조건전성을 확보할 수 있으며, 구속 메커니즘을 단순화할 수 있게 된다.
발사체가 우주로 발사된 후 상기 우주 적외선 검출기 및 냉각용 압축기(20)가 궤도상에 위치하게 되면, 상기 구속장치(17)에 의해 상기 구속볼트(16)가 파괴되는 등 상기 구속볼트(16)에 의한 상기 냉각용 압축기(20)의 구속이 해제된다. 따라서, 상기 상부지지판(11)이 상기 저강성 스프링(13)의 복원력에 의해 상측으로 이동하게 되고, 상기 저강성 스프링(13)의 복원력에 의해 상기 냉각용 압축기(20)가 탄성 지지된다. 이때, 상기 저강성 스프링(13)은 상기 냉각용 압축기(20)의 트랜스퍼 라인(24)이 허용 변위 내에서 유지되도록 상기 냉각용 압축기(20)를 상승시킴과 아울러 탄성 지지한다.
이와 같이, 상기 냉각용 압축기(20)가 상기 저강성 스프링(13)에 의해 탄성 지지되면, 상기 냉각용 압축기(20)와 트랜스퍼 라인(24), 히트 파이프(22) 및 저강성 스프링(13)으로부터의 공진주파수가 저주파 대역에 존재하게 되어, 비교적 고주파 대역의 작동 주파수를 갖는 상기 냉각용 압축기(20)로부터의 진동 전달력이 감소하게 된다. 따라서, 상기 냉각용 압축기(20)와 같은 진동발생원에 의한 진동 전달로 인하여 관측 지향성능이 저하되는 일이 발생하지 않게 된다.
한편, 상기 상부지지판(11)과 하부고정판(12) 사이에 설치된 허용 변위 초과 방지수단(18)은 상기 저강성 스프링(13)의 탄성력에 의해 상기 냉각용 압축기(20)가 상승할 때, 상기 구속볼트(16)의 스트레인 에너지 방출 및 상기 저강성 스프 링(13)의 탄성력에 따른 과도응답을 방지하여, 상기 트랜스퍼 라인(24)의 변위가 허용 변위를 초과하지 않도록 한다. 즉, 상기 하부고정판(12)에 설치된 원통형 실린더(18a) 내부에서 상기 상부지지판(11)의 로드(18b) 선단에 구비된 플랜지(18c)가 상승할 때, 상기 원통형 실린더(18a)에 의해 그 상승위치가 제한됨으로써 상기 트랜스퍼 라인(24)의 변위가 허용 변위를 초과하지 않게 하는 것이다.
결과적으로 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템은, 궤도상에서 냉각용 압축기와 같은 진동발생원의 진동이 관측용 탑재체에 전달되지 않도록 하여 관측 성능의 저하를 방지하고, 발사체에 탑재할 때는 냉각용 압축기를 견고하게 구속하여 발사시의 구조건전성을 확보할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 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.
도 1은 본 발명에 의한 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템이 도시된 구성도.
도 2는 본 발명의 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동 절연 시스템의 사용 상태도.
도 3a는 발사시 압축기가 구속된 상태가 도시된 진동절연 시스템의 측면도.
도 3b는 궤도상에서 압축기의 구속이 해제된 상태가 도시된 진동절연 시스템의 측면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 상부지지판
12: 하부고정판
13: 저강성 스프링
14: 상측 스프링 가이드
15: 하측 스프링 가이드
16: 구속볼트
17: 구속장치
18: 허용 변위 초과 방지수단
20: 냉각용 압축기
22: 히트 파이프
24: 트랜스퍼 라인

Claims (5)

  1. 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기(20)가 고정되는 상부지지판(11)과;
    상기 우주 적외선 검출기 구조물에 고정 설치되는 하부고정판(12)과;
    상기 상부지지판(11)과 하부고정판(12) 사이에 복수개 설치되어 상기 상부지지판(11)을 탄성 지지하는 저강성 스프링(13)과;
    상기 저강성 스프링(13)의 상부 또는 하부를 감싸도록 상기 상부지지판(11)의 저면 및 상기 하부고정판(12)의 상면에 각각 설치된 원통형의 상측 스프링 가이드(14) 및 하측 스프링 가이드(15)와;
    상기 상부지지판(11)과 하부고정판(12) 사이에 설치된 구속볼트(16)를 이용하여 상기 상부지지판(11)을 안정적으로 구속하는 구속장치(17); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구속볼트(16)에 의한 상기 상부지지판(11)의 구속이 해제될 때 과도 응답을 방지하기 위한 허용 변위 초과 방지수단(18)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 허용 변위 초과 방지수단(18)은, 상기 상부지지판(11)과 하부고정 판(12) 중 어느 일측에 설치된 원통형 실린더(18a)와, 상기 상부지지판(11)과 하부고정판(12) 중 타측에 설치되어 상기 원통형 실린더(18a)의 구멍에 삽입되는 로드(18b)와, 상기 로드(18b)의 선단에 구비되며 상기 원통형 실린더(18a)의 구멍보다 큰 직경으로 형성된 플랜지(18c)로 이루어진 것을 특징으로 하는 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상측 스프링 가이드(14)와 상기 하측 스프링 가이드(15)는 요철 결합되는 것을 특징으로 하는 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상측 스프링 가이드(14)의 저면 및 상기 하측 스프링 가이드(15)의 상면에 각각 형성되는 요철부(14')(15')는 쐐기 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 우주 적외선 검출기 냉각용 압축기의 진동절연 시스템.
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