KR20110020096A - 정지궤도 위성의 방열판 차폐구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정지궤도 위성의 방열판의 차폐구조에 관한 것으로서, 위성패널의 일측에 설치되는 차폐막 권취롤러와 차폐막의 단부에서 양 차폐막 가이드체를 연결하는 차폐막 지지대와 차폐막의 양측단부에 설치된 차폐막 가이드체를 가이드하는 가이드레일 및 상기 가이드레일을 따라 안내되는 차폐막 가이드체로 이루어짐으로써, 정지궤도 위성의 전이궤도 운용시에는 위성체로부터 우주공간으로 과도한 열이 방출되는 것을 방지하면서 정지궤도 운용시에는 방열판을 통하여 열이 충분하게 방출가능하다.

형상기억합금 작동기, 위성 방열판, 차폐막

Description

정지궤도 위성의 방열판 차폐구조{Cover structure of thermal shield for geostationary satellite}

본 발명은 정지궤도 위성의 방열판의 차폐구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형상기억합금을 이용하여 방열판을 차폐하는 정지궤도 위성의 방열판 차폐구조에 관한 것이다.

일반적으로 정지궤도 위성에는 위성의 내부에서 발생하는 열을 우주공간으로 방출하고 태양으로부터의 열유입을 줄이기 위해 이차면경인 방열판을 사용한다.

또한 도1과 같이 방열판(2)은 부품이 설치되는 정지궤도 위성의 남/북패널(정지궤도 위성의 패널 중 우주공간에서 남/북방향을 바라보는 패널을 의미한다)(4,6)에 일정한 크기로 설치된다.

이러한 방열판(2)의 크기를 결정하는 요인은 정지궤도상에서의 최대 열유입량 및 부품의 최대 발열량이며 정지궤도상에서는 부품의 고발열량으로 인하여 상당한 크기의 방열판(2)이 필요하다.

반면 발사체 분리부터 정지궤도 진입시까지의 전이궤도상에서는 대부분의 부품이 작동하지 않아 발열량이 최소이거나 없는 상태가 되고 이에 따라 위성체(200)도 매우 차가운 상태가 된다.

따라서 부품을 과냉각 상태로부터 보호하기 위해 위성에 장착된 히터를 이용하여 부품의 온도를 일정 온도 이상으로 유지하여야 한다. 이에 따라 전이궤도상에서의 부품의 온도를 적정하게 유지하기 위한 히터의 전력소모량이 전력계(태양전지판과 배터리를 의미한다 이하 같다)의 설계에 중요한 영향을 미치는 인자로 작용한다.

특히 광학탑재체(8)가 장착된 대부분의 정지궤도 위성에서는, 적외선 광학탑재체(8)가 외부 열유입량에 민감한 반응을 보이기 때문에, 일반적으로 광학탑재체(8)가 탑재된 위치와 가까운 패널(6)에는 태양전지판(10)을 부착하지 않는다.

태양전지판(10)은 전이궤도상에서는 도1a에 나타낸 바와 같이 접혀져 있고 정지궤도상에서는 도1b와 같이 펼쳐져 태양광을 전기에너지로 변환하는 기능을 수행한다. 또한 접혀져 있는 태양전지판(10)은 방열판(2)을 차폐하여 열유출을 차단하는 역할도 수행한다.

따라서 태양전지판(10)이 부착되지 않은 패널의 경우에는 전이궤도 운용시에 방열판으로부터 우주공간으로 지나치게 많은 양의 에너지가 방출되게 되고 이에 따라 이를 보상하기 위한 많은 양의 히터 전력이 필요하게 되므로 태양전지판과 배터리의 크기를 증가시키는 원인이 된다.

반면에 정지궤도 운용시에는 전이궤도 운용시에 비하여 태양전지판이 완전히 전개되어 전기에너지 생성량이 많고, 부품의 발열량이 증가하기 때문에 히터 전력 사용량이 줄어든다. 이에 따라 전력계에 지나치게 많은 여유분이 생기게 되어 위성의 무게 및 제작비용이 증가하게 된다.

따라서 정지궤도 위성의 전이궤도 운용시에는 위성체로부터 우주공간으로 과도한 열이 방출되는 것을 방지하면서 정지궤도 운용시에는 방열판을 통하여 열이 충분하게 방출가능 하도록 하는 정지궤도 위성의 방열판 차폐구조가 필요하게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 정지궤도 위성의 전이궤도 운용시에는 위성체로부터 우주공간으로 과도한 열이 방출되는 것을 방지하면서 정지궤도 운용시에는 방열판을 통하여 열이 충분하게 방출가능 하도록 하는 정지궤도 위성의 방열판 차폐구조를 제공한다.

또한 본 발명은, 차폐막 권취롤러가 스프링으로 작동하고 차폐막 고정부가 형상기억합금을 이용하여 작동하여 가볍고 구조가 간단하며 경제성이 뛰어난 방열판 차폐구조를 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 정지궤도 위성의 방열판 차폐구조는, 위성패널의 일측에 설치되는 차폐막 권취롤러와 차폐막의 단부에서 양 차폐막 가이드체를 연결하는 차폐막 지지대와 차폐막의 양측단부에 설치된 차폐막 가이드체를 가이드하는 가이드레일 및 상기 가이드레일을 따라 안내되는 차폐막 가이드체로 이루어진다.

상기 정지궤도 위성의 방열판 차폐구조는, 차폐막 권취롤러가 스프링으로 작동할 수 있다.

상기 정지궤도 위성의 방열판 차폐구조는, 차폐막을 고정하거나 해제하는 차폐막 고정부를 더 포함할 수 있다. 상기 정지궤도 위성의 방열판 차폐구조는, 하우징과 상기 하우징 내에 삽입되는 스프링과, 상기 스프링 내측 공간에 삽입되는 형상기억합금과, 상기 형상기억합금의 외주를 둘러싸는 히터와, 일단이 상기 형상기억합금에 부착되고 타단이 위성패널을 관통하여 상기 차폐막 가이드체와 결합되는 고정핀으로 구성될 수 있다.

본 발명의 방열판 차폐구조에 의하면, 정지궤도 위성의 전이궤도 운용시에는 위성체로부터 우주공간으로 과도한 열이 방출되는 것을 방지하면서 정지궤도 운용시에는 방열판을 통하여 열이 충분하게 방출가능 하다.

또한 차폐막 권취롤러가 스프링으로 작동하고 차폐막 고정부가 형상기억합금을 이용하여 작동하므로 가볍고 구조가 간단하며 경제성이 뛰어나다.

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 것 으로, 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.

도1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열판 차폐구조를 구비하고 전이궤도 운용 중인 관측위성을 나타낸 개략도이다.

도면에 따르면 상기 관측위성은 태양전지판(10)이 부분적으로 전개되어 있고, 부분전개된 태양전지판(10)을 이용하여 전력을 생산한다. 또한 반대쪽의 위성패널(6)에는 전이궤도 운용시 우주공간으로 열이 손실되는 것을 방지하기 위하여 방열판(2)에 차폐막(20)이 설치되어 있다. 방열판(2)의 방사율(emissivity)은 0.78 정도이지만, 상기 차폐막(20)을 사용하여 방사율을 낮추는 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같이 차폐막을 이용하면, 전체적인 위성패널에서의 에너지의 방출량을 줄일 수 있어, 히터(미도시)의 전력 소모량이 줄어들며 이에 따라 태양전지판(10) 및 배터리(미도시)의 크기를 줄일 수 있고 결과적으로 위성의 무게 및 개발비용을 절감할 수 있다.

도1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열판 차폐구조를 구비하고 정지궤도 운용 중인 관측위성을 나타낸 개략도이다.

도면에 따르면, 정지궤도에 진입한 위성은 태양전지판(10)을 전개하게 되고 모든 부품이 정상적으로 작동하게 된다. 이에 따라 부품에서 발생하는 발열량이 증가하기 때문에 전이궤도에서 사용된 차폐막(20)이 제거되어야 부품을 적정온도로 유지할 수 있다.

도2 및 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열판 차폐구조를 나타내는 사시도이다.

위성패널(80)의 일측에는 차폐막 권취롤러(30)가 설치되어 있고, 상기 차폐막 권취롤러(30)의 길이방향의 양 끝단 부근에 차폐막 권취롤러(30)의 길이방향과 수직한 방향으로 가이드 레일(40)이 설치되어 있다.

또한 차폐막의 일단은 차폐막 권취롤러(30)에 고정되어 있고 타단은 차폐막 지지대(50)에 고정되며 차폐막 지지대(50)의 길이방향의 양 끝단에는 차폐막 가이드체(60)가 부착되어 있다.

여기에 차폐막 가이드체(60)가 가이드 레일(40)을 따라 슬라이딩 가능하도록 설치되어 있어 차폐막 가이드체(60)가 슬라이딩함에 따라 차폐막(20)을 차폐 및 차폐해제 할 수 있도록 되어 있다.

이때 가이드 레일(40)은 차폐막 가이드체(60)가 외부의 충격에 의해 움직이는 것을 막고 차폐 및 차폐해제시에 차폐막(20)이 바르게 움직이도록 안내하는 역할을 수행한다.

여기에서 상기 차폐막 권취롤러(30)는 모터 등에 의하여 전기적으로 구동하여도 무방하지만 스프링의 작용에 의하여 기계적으로 작동하는 것이 구조가 간단하고 위성의 전체적인 중량을 감소시킬 수 있다.

권취롤러가 스프링의 작용에 의하여 기계적으로 작동하는 경우에는 스프링이 차폐막을 계속하여 당기고 있는 구조로 이루어져 있기 때문에 차폐막을 고정하는 부분을 구비하는 것이 바람직하다.

도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열판 차폐구조를 나타내는 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 방열판 차폐구조에는 차폐막 고정부(70)가 더 설치되어 있다. 차폐막 고정부(70)는 패널(80)의 내측면에 2개가 부착되어 있다. 또한 차폐막 권취롤러(30)는 스프링의 작용에 의해 작동한다.

도5는 상기 차폐막 고정부(70)를 나타내는 단면도이다. 본 도면에서는 2개의 차폐막 고정부(70) 중 일측의 차폐막 고정부(70)만을 나타내었으며 다른 일측의 차폐막 고정부(70) 또한 같은 구성이다.

상기 차폐막 고정부(70)는 속이 비어있는 하우징(71) 내부에 스프링(72)을 지지하기 위한 지지대(73)가 있고 지지대(73)는 하우징(71)의 내벽에 단단하게 부착되어 있다. 또한 상기 지지대(73)의 내부에는 구멍이 형성되어 있어 상기 구멍을 통하여 외주가 히터(74)로 둘러싸인 형상기억합금(SMA alloy)(75)이 삽입되어 하우징(71)의 밑벽에 부착된다.

상기 히터(74)는 얇은 판 모양으로 롤식으로 형상기억합금의 외주를 감거나, 형상기억합금에 패치식으로 붙이거나 또는 열선을 감은 코일형태로 구성하는 등의 여러 형태가 가능하다.

또한 하우징(71) 내부에 스프링(72)이 삽입되어 지지대(73)에 의해 지지되고 고정핀(76)이 형상기억합금(75)의 일단에 부착된다. 상기 고정핀(76)은 위성패널(80)을 관통하여 차폐막 가이드체(60)와 결합되어 있어 차폐막 가이드체(60)를 고정한다.

이에 따라 차폐막이 펼쳐져 있는 상태에서는, 차폐막에는 스프링(72)으로 작동하는 차폐막 권취롤러(30)에 의하여 장력이 가해지고 있는 상태에서 차폐막과 일체화 되어 있는 차폐막 가이드체(60)가 고정핀(76)에 의하여 고정되어 있음으로써 방열판(2)은 차폐되어 있는 상태를 유지한다.

상기 차폐막 고정부(70)는 모터를 사용하여 전기적으로 구동시키거나 패널 외측에서 볼트로 차폐막 가이드체(60)를 고정하고 폭발에 의해 볼트를 절단하여 구동시킬 수도 있으나, 형상기억합금을 이용하여 구성하는 것이 구조를 단순화하여 위성체의 중량을 줄일 수 있고 폭발부산물에 의한 방열판의 오염도 방지할 수 있어 바람직하다.

다음으로 차폐막 고정부에 의한 차폐막의 차폐해제 작동에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐막 고정부(70)의 고정핀(76)이 형상기억합금(75)의 작용에 의해 차폐막 가이드체(60)의 고정을 해제하는 작동을 나타내는 도면이다. 차폐막 권취롤러(30)는 스프링의 작용에 의해 작동한다.

도6a는 고정핀에 의해 차폐막의 차폐상태가 유지되고 있는 도면이고 도6b은 고정핀이 해제되어 차폐막이 제거된 상태의 도면이다. 또한 상기의 도면에서는 2개의 차폐막 고정부 중 일측의 차폐막 고정부만을 도시하였다.

전이궤도상에서 형상기억합금(75)이 작동하지 않을 때에는, 차폐막 고정부(70)의 스프링(72)이 고정핀(76)을 가압함으로써 고정핀(76)이 차폐막 가이드 체(60)에 결합되어 차폐막 가이드체(60)를 고정한다.

정지궤도에 진입한 위성은 태양전지판(10)을 전개하고 모든 부품이 정상적으로 작동하게 된다. 이에 따라 부품의 발열량이 증가하게 되고 부품을 적정 온도로 유지하기 위하여 차폐막(20)의 제거가 필요하게 된다.

이 때 정지궤도 위성은 형상기억합금(75)을 둘러싸고 있는 히터(11)를 작동시킨다. 히터(11)가 작동하여 형상기억합금(75)이 작동온도에 도달하게 되면, 마르텐사이트(Martensite)에서 오스테나이트(Austenite)로 분자구조의 변화를 가져와 큰 힘과 수축이 일어나게 되어 최종적으로 고정핀(76)을 잡아당기게 된다.

형상기억합금(75)이 고정핀(76)을 잡아당기게 되면 고정핀(76)에 의한 차폐막 가이드체(60)의 고정이 해제되고, 상기 차폐막 가이드체(60) 및 차폐막(20)은 차폐막 권취롤러(30)의 스프링 작용에 의해 잡아당겨진다.

잡아당겨진 차폐막(20)은, 차폐막 가이드체(60)가 가이드 레일(40)을 따라 슬라이딩하면서 이동함에 따라 차폐막 권취롤러(30)에 감겨 들어가고, 이에 따라 위성의 방열판(2)이 우주공간을 향하게 된다. 차폐막(20)이 제거된 위성패널의 상태가 도7에 도시되어 있다.

차폐막이 제거되면, 방열판을 통한 열 방출이 증가되어 부품의 작동에 의한 고발열 에너지가 우주공간으로 순조롭게 방출이 되어 정지궤도상에서 부품의 온도를 적정하게 유지할 수 있다.

이러한 작동에 의하여, 차폐막이 작용하는 전이궤도 운용시에는 히터의 전력 소모량을 감소시킬 수 있으므로, 결과적으로 위성의 크기, 무게 및 전력시스템의 최적화에 따른 위성의 제작비용을 감소시킬 수 있다.

또한 차폐막이 제거되는 정지궤도 운용시에는 방열판이 원래 설계되었던 기능을 수행하여 효율적으로 부품에서 발생하는 열을 우주공간으로 방출할 수 있으므로, 정지궤도에서 부품의 온도를 적정하게 유지할 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.

도1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열판 차폐구조를 구비하고 전이궤도 운용 중인 관측위성의 개략도. 도1b는 정지궤도 운용 중인 상기 관측위성의 개략도

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열판 차폐구조를 나타내는 사시도

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열판 차폐구조를 나타내는 평면도

도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열판 차폐구조를 나타내는 사시도

도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열판 차폐구조의 차폐막 고정부를 나타내는 단면도

도6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열판 차폐구조에 있어서 차폐막 고정부의 차폐상태시의 단면도. 도6b는 상기 차폐막 고정부의 차폐해제상태시의 단면도

도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열판 차폐구조에 있어서 차폐막 고정부의 차폐해제상태시의 사시도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

2 : 방열판 10 : 태양 전지판

20 : 차폐막 30 : 권취롤러

40 : 차폐막 가이드 레일 50 : 차폐막 지지대

60 : 차폐막 가이드체 70 : 차폐막 고정부

72 : 스프링 74 : 히터

75 : 형상기억합금 76 : 고정핀

80 : 위성패널

Claims (4)

1. 위성패널의 일측에 설치되는 차폐막 권취롤러;

   차폐막의 단부에서 양 차폐막 가이드체를 연결하는 차폐막 지지대;

   차폐막의 양측단부에 설치된 차폐막 가이드체를 안내하는 가이드레일; 및

   상기 가이드레일을 따라 안내되는 차폐막 가이드체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정지궤도 위성의 방열판 차폐구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 차폐막 권취롤러는 스프링으로 작동하는 것을 특징으로 하는 정지궤도 위성의 방열판 차폐구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   차폐막을 고정하거나 해제하는 차폐막 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정지궤도 위성의 방열판 차폐구조.
4. 제3항에 있어서,

   상기 차폐막 고정부는, 하우징과 상기 하우징 내에 삽입되는 스프링과, 상기 스프링 내측 공간에 삽입되는 형상기억합금과, 상기 형상기억합금의 외주를 둘러싸는 히터와, 일단이 상기 형상기억합금에 부착되고 타단이 위성패널을 관통하여 상기 차폐막 가이드체과 결합되는 고정핀으로 구성되는 것을 특징으로 하는 정지궤도 위성의 방열판 차폐구조.

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