KR20110014856A - 정지궤도 위성의 열제어 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정지궤도 위성의 열제어 구조에 관한 것으로서, 남/북 패널에 히트파이프를 구비하는 정지궤도 위성의 열제어 구조에 있어서, 남/북 패널을 연결하는 연결히트파이프를 포함하여 남/북 패널을 열적으로 연결함으로써 계절에 따른 정지궤도 위성의 패널의 과열 및 과냉각을 감소시키고, 이에 따라 방열판의 크기 및 전기히터 용량을 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 정지궤도 위성의 크기 및 중량을 감소시켜 경제성을 도모할 수 있다.

연결히트파이프, 위성 패널, 열제어

Description

정지궤도 위성의 열제어 구조{Thermal Control Structure of Geostationary Satellite}

본 발명은 정지궤도 위성의 열제어 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연결히트파이프를 이용하여 열제어를 효율적으로 할 수 있는 구성을 구비하는 정지궤도 위성의 열제어 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 정지궤도 위성의 패널에는 각종 전장품의 열을 제어하는 작용을 수행하기 위하여 히트파이프가 설치된다.

도1에 도시된 바와 같이, 히트파이프(110,120,130)는 전장품(140)이 설치되는 남/북패널(우주공간에서 남/북 방향을 바라보는 패널을 의미한다 이하 같다)(100,300)의 내부의 하니컴층(150)에 설치되거나 남/북패널(100,300)의 내측면의 알루미늄판(160) 위에 설치되며, 전장품(140)이 장착되는 남/북 패널에는 각각의 열제어를 위한 히트파이프가 배열되어 있다.

또한 패널의 내측면의 히트파이프(110)는 내측면의 알루미늄판(160)과 접촉 하고 있고 내측면의 알루미늄판(160)은 하니컴층(150)에 설치된 히트파이프(120,130)와 접촉하고 있으며 하니컴층(150)에 설치된 히트파이프(120,130)는 외측면의 알루미늄판(170)과 접촉하고 있다.

따라서 패널 내측의 열이 내측면의 히트파이프(110)와 내측면의 알루미늄판(160)과 하니컴층(150)에 설치된 히트파이프(120,130)를 거쳐서 외측면의 알루미늄판(170)으로 전달이 가능하여 내측과 외측에 걸쳐 열교환이 가능하다.

즉 기본적인 정지궤도 위성 패널의 열제어 구조는 패널의 국부적인 열집중을 방지하기 위하여 히트파이프를 남/북패널(100,300) 내부의 하니컴층(150)이나 내측면의 알루미늄판(160) 위에 장착하되, 남/북 패널(100,300)에 별도의 히트파이프 네트워크가 구성되도록 한다.

또한 남/북패널 외측면의 알루미늄판(170,370)상에는 이차면경으로 이루어진 방열판(180,380)을 부착하여 전장품(140)의 작동에 의한 폐열을 심우주로 배출한다.

한편 지구방향패널(정지궤도 위성이 우주공간에서 지구를 바라보는 방향의 패널을 의미한다 이하 같다)(200)은 방열판(180,380)이 장착되어 있는 남/북 패널(100,300)과는 달리 외부를 다층박막단열재로만 덮어서 태양광의 영향을 최소화 하도록 열차폐를 시킨다.

하지만, 상기와 같은 종래기술에 의한 정지궤도 위성은 남/북 패널 사이에 열적 결합이 존재하지 않기 때문에 아래에 설명하는 바와 같은 문제점이 발생한다.

하지 때의 지구는 지축이 반시계 방향으로 23.45도 기울어지고 이에 따라 적 도면도 반시계 방향으로 23.45도 기울어진다. 정지궤도 위성(600)은 적도 상공에 위치하므로 정지궤도 위성(600)도 도2와 같이 궤도면이 기울어진 상태로 지구를 공전하게 된다.

따라서 북쪽 패널(300)에는 태양광이 24시간 직접 입사하게 되며 남쪽 패널(100)은 24시간 태양광의 영향이 전혀 없다. 결과적으로 북쪽 패널(300)은 항상 뜨거운 상태이며 남쪽 패널(100)은 항상 차가운 상태이다.

북쪽 패널(300)이 뜨거운 상태이기 때문에, 북쪽 패널(300)의 모든 전장품이 열에 의한 손상이 없이 정상적으로 동작하기 위해서는 방열판이 필요하고 그 크기는 북쪽 패널(300)에 입사되는 최대 태양광을 기준으로 하여 정해지게 된다.

또한 남쪽 패널(100)이 차가운 상태이기 때문에, 남쪽 패널(100)의 모든 전장품이 동작하기 위한 온도를 유지하기 위해서는 전기히터가 필요하고 그 용량은 남쪽 패널(100)에 태양광의 영향이 전혀 없을 때 남쪽 패널(100)의 전장품을 작동시키기 위한 용량을 기준으로 하여 정해지게 된다.

따라서 북쪽 패널(300)의 과열을 과냉된 남쪽 패널(100)에 전달할 수 있다면 남쪽 패널(100)의 온도를 올리는데 사용되는 전기히터의 용량을 줄일 수 있으며 북쪽 패널(300)의 방열판(380)의 크기도 줄일 수 있다.

반대로 동지 때에는 도3과 같이 지축이 시계 방향으로 23.45도 기울어지고 이에 따라 적도면도 시계 방향으로 23.45도 기울어진다. 정지궤도 위성은 적도 상공에 위치하므로 정지궤도 위성도 궤도면이 기울어진 상태로 지구를 공전하게 된다.

따라서 남쪽 패널(100)에는 태양광이 24시간 직접 입사하게 되며 북쪽 패널(300)은 24시간 태양광의 영향이 전혀 없다. 결과적으로 하지 때와는 반대로 남쪽 패널(100)은 항상 뜨거운 상태이며 북쪽 패널(300)은 항상 차가운 상태이다.

남쪽 패널(100)이 뜨거운 상태이기 때문에, 남쪽 패널(100)의 모든 전장품이 열적 손상이 없이 정상적으로 동작하기 위해서는 방열판이 필요하고 그 크기는 남쪽 패널(100)에 입사되는 최대 태양광을 기준으로 하여 정해지게 된다.

또한 북쪽 패널(300)이 차가운 상태이기 때문에, 북쪽 패널(300)의 모든 전장품이 동작하기 위한 온도를 유지하기 위해서는 전기히터가 필요하고 그 용량은 북쪽 패널(300)에 태양광의 영향이 전혀 없을 때 북쪽 패널(300)의 전장품을 작동시키기 위한 용량을 기준으로 하여 정해지게 된다.

따라서 같은 원리로 남쪽 패널(100)의 과열을 과냉된 북쪽 패널(300)에 전달할 수 있다면 북쪽 패널(300)의 온도를 올리는데 사용되는 전기히터의 용량을 줄일 수 있으며 남쪽 패널(100)의 방열판(180)의 크기도 줄일 수 있다.

이와 같이 종래의 열제어 구조에 의하면 남/북 패널이 과열 및 과냉각 됨에 따라 큰 크기의 방열판 및 큰 용량의 전기히터가 필요하다.

따라서 남/북 패널을 열적으로 연결함으로써 계절에 따른 정지궤도 위성의 패널의 과열 및 과냉각을 감소시키고, 이에 따라 방열판의 크기 및 전기히터 용량을 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 정지궤도 위성의 크기 및 중량을 감소시켜 경제성을 도모할 수 있는 정지궤도 위성의 열제어 구조가 요구된다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 남/북 패널을 열적으로 연결함으로써 계절에 따른 정지궤도 위성의 패널의 과열 및 과냉각을 감소시키고, 이에 따라 방열판의 크기 및 전기히터 용량을 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 정지궤도 위성의 크기 및 중량을 감소시켜 경제성을 도모할 수 있는 정지궤도 위성의 열제어 구조 및 이를 채용한 정지궤도 위성을 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 정지궤도 위성의 열제어 구조는, 남/북 패널에 히트파이프를 구비하는 정지궤도 위성의 열제어 구조에 있어서, 남/북 패널을 연결하는 연결히트파이프를 포함한다.

상기 정지궤도 위성의 열제어 구조는, 남/북 패널의 알루미늄판을 연결하는 것일 수 있다.

상기 정지궤도 위성의 열제어 구조는, 남/북패널의 히트파이프를 연결하는 것일 수 있다.

상기 정지궤도 위성의 열제어 구조는, 남/북 패널과 지구방향패널이 만나는 모서리부에 히트파이프 안장을 장착할 수 있다.

본 발명의 정지궤도 위성의 열제어 구조 및 이를 채용한 정지궤도 위성에 따르면, 남/북 패널을 열적으로 연결함으로써 계절에 따른 정지궤도 위성의 패널의 과열 및 과냉각을 감소시키고, 이에 따라 방열판의 크기 및 전기히터 용량을 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 정지궤도 위성의 크기 및 중량을 감소시켜 경제성을 도모할 수 있다.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하 도면에서 종래기술과 동일한 내용은 같은 도면부호를 나타내어 표시하고 중복되는 내용을 생략한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정지궤도 위성의 열제어 구조를 나타내는 사시도이다.

본 도면은 정지궤도 위성의 패널 내측면의 히트파이프(110) 구조만을 간략화 하여 나타내었고 정지궤도 위성의 패널 중에서 남/북패널(100,300) 및 지구방향패널(200)의 3개의 패널만이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 남/북패널(100,300) 및 지구방향패널(200)은 상호 연결되어 ‘ㄷ’자 형상으로 되어 있다.

상기 남/북패널(100,300)의 내측면의 알루미늄판(160) 위에는 지구방향패널(200)과 평행한 방향으로 히트파이프(110)가 설치되어 있고 남/북패널 내부의 하니컴층(150)에도 도1에 표시한 바와 같이 히트파이프(120,130)가 설치되어 있다. 설치된 히트파이프(110,120,130)는 각 패널에 대하여 독립적인 열제어를 수행한다.

여기에 더하여 북쪽패널(300)과 지구방향패널(200) 및 상기 남쪽패널(100)에 걸쳐서 ‘ㄷ’자 형태로 굽어진 연결히트파이프(400))가 패널의 내측면에 여러 개 설치된다.

이에 따라 북쪽패널(300)의 내측의 알루미늄판(360)과 남쪽패널(100)의 내측의 알루미늄판(160) 사이에 열적 결합이 이루어지고 결과적으로 남/북패널(100,300)의 사이에 열교환이 가능하게 된다.

상기 연결히트파이프(400)는 남/북 패널(100,300)을 연결시켜 구조를 보강하는 역할을 함과 아울러 남/북 패널(100,300)의 히트파이프 네트워크를 구성하는 한 요소로서 남/북 패널(100,300) 각각의 열분포를 고르게 하는 역할도 병행한다.

이에 따라 연중 계절의 변화에 관계없이 남/북 패널(100,300)의 온도를 서로 유사하게 유지할 수 있다.

도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정지궤도 위성의 열제어 구조를 나타내는 사시도이다.

도면을 참조하면, 도4와 마찬가지로 상기 남/북패널(100,300)에는 패널의 내측면의 알루미늄판(160) 위에 지구방향 패널과 평행한 방향으로 히트파이프(110)가 설치되어 있고 패널 내부의 하니컴층(150)에도 도1과 같이 히트파이프(120,130)가 설치되어 있다. 설치된 히트파이프(110,120,130)는 각 패널에 대하여 독립적인 열제어를 수행한다.

또한 북쪽패널(300)과 지구방향패널(200) 및 상기 남쪽패널(100)에 걸쳐서 ‘ㄷ’자 형태로 굽어진 연결히트파이프(400)가 패널의 내측면에 여러 개 설치된다.

여기에 더하여 연결히트파이프(400)와 남/북패널(100,300) 내측면의 히트파이프(110)에 각각 접촉하는 히트파이프(190,390)가 더 설치된다.

이에 따라 북쪽패널(300)의 히트파이프(남쪽패널과 같은 구성임)와 남쪽패널(100)의 히트파이프(110,120,130) 사이에 열적결합이 직접적으로 이루어져 남/북패널(100,300)의 히트파이프 사이에 열교환이 더 원활하게 이루어질 수 있다.

도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정지궤도 위성의 열제어 구조를 나타내는 사시도이다. 본 도면에는 남쪽패널(100)과 지구방향패널(200) 및 연결히트파이프(400)만이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 도4와 마찬가지로 상기 남쪽패널(100)에는 패널의 내측면 의 알루미늄판(160) 위에 지구방향 패널과 평행한 방향으로 히트파이프(110)가 설치되어 있고 패널 내부의 하니컴층(150)에도 도1과 같이 히트파이프(120,130)가 설치되어 있다. 설치된 히트파이프(110,120,130)는 각 패널에 대하여 독립적인 열제어를 수행한다.

여기에 더하여 북쪽패널(300)과 지구방향패널(200) 및 남쪽패널(100)에 걸쳐서 ‘ㄷ’자 형태로 굽어진 연결히트파이프(400)가 패널의 하니컴층(150)에 여러 개 설치됨과 아울러 하니컴층(150)의 지구방향패널(200)에 수직한 방향의 히트파이프(120)와 연결히트파이프(400)가 접촉되어 있다.

또한 도면에 도시되지는 않았지만 북쪽패널(300)도 남쪽패널(100)과 마찬가지의 히트파이프 구조를 가진다.

이러한 경우 남/북패널(100,300)의 하니컴층(150)의 히트파이프(120,130)와 하니컴층(150)에 삽입된 연결히트파이프(400) 사이에 열적결합이 직접적으로 이루어지게 된다.

또한 남/북패널(100,300) 사이의 열적결합을 연결히트파이프(400)를 이용하여 이루어지게 하는 것은 이외에도 다양한 방법으로 가능하며 상기한 실시예에 한정되지 않는다.

도7은 남/북 패널(100,300) 및 지구방향 패널을 열적으로 연결시키는 연결히트파이프(400)(110,120,130)에 히트파이프(110,120,130) 안장이 부착된 구조를 나타낸 단면도이다.

연결히트파이프(400)는 ‘ㄷ’자 모양으로 형성되어 있으며 히트파이프 안 장(500)이 남/북 패널(100,300)과 지구방향패널(200)이 만나는 모서리부에 부착되어 연결히트파이프(400)의 구부러진 부분과 접촉한다. 이로써 위성 발사시 진동으로 인한 연결히트파이프(400)의 파손에 대한 위험을 더욱 더 방지하는 것이 가능하다.

상기의 설명에서 연결히트파이프(400)는 ‘ㄷ’자 형태인 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니고, 남/북 패널(100,300)을 서로 열적으로 연결할 수 있으면 족하므로, 이외의 다른 구성 즉 예를 들면 ‘ㄴ’자 형태를 가지는 히트파이프를 이중으로 서로 겹친 형태로 하여도 무방하다.

다음은 도2 내지 도6를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열제어 구조의 작동에 대하여 설명한다.

도2 및 도3에 따르면, 정지궤도 위성의 특성상 하지 때는 북쪽 패널(300)은 태양광이 직접적으로 입사하므로 뜨거운 상태가 되고 남쪽 패널(100)은 태양광이 전혀 들어오지 않는 차가운 상태가 된다. 반대로 동지 때는 남쪽 패널(100)이 뜨거운 상태가 되고, 북쪽 패널(300)이 차가운 상태가 된다.

도4 내지 도6에 따르면, 이 때 뜨거운 상태의 패널에서는 일부의 열이 방열판(180,380)을 통하여 심우주로 방출됨과 아울러 일부의 열이 연결히트파이프(400)를 통해 차가운 상태의 패널로 이동하게 된다.

또한 이동된 열에 보충하여 차가운 패널에 장착된 전장품(140)의 적절한 작동온도를 위해 패널에 장착되어 있는 전기히터를 동작시켜 패널에 열을 가함으로써 차가운 패널에 장착된 방열판(180,380)에서 심우주로 과다하게 방출되는 열을 보상 하게 된다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 정지궤도 위성의 열제어 구조에 의하면, 지구방향 패널을 통과하는 연결히트파이프(400)를 이용하여 남/북 패널(100,300)을 열적으로 연결시킴으로써, 정지궤도 위성의 각종 전장품(140)이 장착되는 남/북 패널(100,300)의 온도가 한쪽 패널에만 집중되지 않고 양 패널 모두 고르게 분포되도록 제어할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 정지궤도 위성을 예로 들어 설명하였지만, 이외의 다른 인공위성에도 본 발명을 적용할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도1은 종래기술에 따른 정지궤도 위성의 열제어 구조를 나타내는 사시도

도2는 하지 때의 정지궤도 위성에 대한 태양열 유입을 나타내는 개략도

도3은 동지 때의 정지궤도 위성에 대한 태양열 유입을 나타내는 개략도

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정지궤도 위성의 열제어 구조를 나타내는 사시도

도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정지궤도 위성의 열제어 구조를 나타내는 사시도

도6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정지궤도 위성의 열제어 구조를 나타내는 사시도

도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정지궤도 위성의 열제어 구조의 단면을 나타내는 개략도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

100 : 북쪽패널 200 : 지구방향패널

300 : 남쪽패널 400 : 연결히트파이프

500 : 히트파이프 안장

Claims (4)

1. 남/북 패널에 히트파이프를 구비하는 정지궤도 위성의 열제어 구조에 있어서,

   남/북 패널을 연결하는 연결히트파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 정지궤도 위성의 열제어 구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연결히트파이프는, 남/북 패널의 알루미늄판을 연결하는 것을 특징으로 하는 정지궤도 위성의 열제어 구조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 연결히트파이프는, 남/북패널의 히트파이프를 연결하는 것을 특징으로 하는 정지궤도 위성의 열제어 구조.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,

   남/북 패널과 지구방향패널이 만나는 모서리부에 히트파이프 안장을 장착한 정지궤도 위성의 열제어 구조.

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