KR20130107530A - 비폭발식 분리 장치를 이용한 구조물의 소형 고정 및 해제장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인공위성에 사용되는 고정 및 해제장치에 관한 것으로서, 핀풀러; 고정되는 부품의 돔형 홈에 끼워질 수 있는 돔 너트; 돔 너트가 끝단부에 고정되어 장착되는 스토퍼; 스토퍼의 회전중심에 일치하도록 설치되고 스토퍼의 회전을 제한하는 스프링; 스토퍼의 회전부와 중심이 일치하는 구멍을 가지면서 하단부 일측에 스프링의 끝단부가 지지될 수 있는 몸체; 일측 끝단이 상기 스토퍼에 나사결합되어 관통되고, 핀풀러의 내부에 일정길이가 삽입되는 스터드보울트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비폭발식 분리 장치를 이용한 구조물의 소형 고정 및 해제장치에 관한 것이다.

Description

비폭발식 분리 장치를 이용한 구조물의 소형 고정 및 해제장치 {Compact hold and release mechanism using a non-explosive release device for structure}

본 발명은 인공위성에 사용되는 고정 및 해제장치(이하 '전개장치'라 함)에 관한 것으로서, 발사환경 중에 발생하는 진동으로부터 구조물을 보호하기 위해 발사환경 동안 구조물이 움직이지 않도록 고정하다가 발사체와 위성이 분리되어 임무를 수행할 때 구조물이 작동할 수 있도록 고정을 해제하여 전개해 주는 장치이다.

이러한 장치는 인공위성 뿐아니라 지구상에서 진동환경에서 작동될 수 있는 다양한 기계장치에도 다양하게 사용될 수 있다.

우주용 전개장치는 인공위성의 내부에 장착되어 가동부를 가지는 구조물로서 가동부를 고정해 줌으로써 발사환경에서 발생하는 큰 진동으로부터 안전하게 내부의 중요한 부품들을 보호하며, 발사 이후 인공위성이 궤도에 진입한 후 임무에 들어가기 전에 고정하던 구조물을 풀어줌으로써 구조물이 전개될 수 있도록 하는 장치이다. 인공위성에서 이러한 전개장치는 태양 전지판, 안테나 지향 장치 등에 여러가지 형태로 사용되고 있으며, 인공위성 이외의 진동환경에 노출되는 기계부위에도 많이 사용된다.

우주용 전개장치는 우주에서 사용되는 관계로 매우 높은 신뢰성과 안정성이 요구된다. 우주에서의 전개장치의 고장은 인공위성 발사의 성공과 실패와는 상관없이 임무의 실패를 가져올 수 밖에 없게 된다.

따라서 우주선과 같이 높은 신뢰도가 요구되는 장치들에는 높은 성공률을 가지고 있는 우주용 분리장치를 사용하여야 한다. 이러한 분리장치에는 양 구조물을 폭약을 사용하여 분리시키는 폭발식 분리장치와 폭약을 이용하지 않고 전기적인 작용 등 다른 원리에 의하여 양 구조물을 분리시키는 비폭발식 분리장치가 있다. 통상적으로 분리장치는 전개장치의 일부분으로서 작동하며 이를 이용해 원하는 기능을 수행할 수 있도록 전개장치의 목적에 맞게 설계하는 것이 일반적이다.

현재까지 인공위성에 쓰이는 전개장치들은 상대적으로 크기가 큰 구조물들을 고정하고 또 고정을 해제하기 위한 용도로 개발되어 적용되어 왔다. 하지만 최근에 소형 인공위성이 늘어감에 따라 소형 구조물에 적용 가능한 소형 경량의 전개장치 개발 필요성이 많이 대두되었다.

도 1은 소형위성 본체(12)에 태양전지판(10)이 장착되어 있는 상태를 보여주는 개념도이다. 위성이 발사시에는 도1의 (a)의 상태로 발사된 후 궤도진입 후에 전개장치의 작동으로 (b)와 같이 펼쳐져서 임무를 수행하게 된다. 이 과정에서 현재 많이 사용되는 대부분의 전개장치는 체결부(11, 결합부)를 직선적으로 구속하게 된다. 한편, 이 부위의 구속이 해제되어 직선부(13)가 구멍부위(14)를 빠져나가는 것은 태양전지판(10)의 하부가 힌지형태로 고정되어 있기 때문에 구멍부위(14)에 따라 직선적으로 빠져나가는 것이 아니라 회전에 의하여 곡선을 그리면서 빠져나가게 된다. 이에 따라 구멍부위(14)가 직선부(13)의 이동경로를 고려하여 충분히 크지 않는 이상은 직선부(13)가 구멍부위(14)의 직선구간에 걸려 전개를 방해하는 현상이 발생하기도 한다.

그런데 소형 전개장치에서는 전개장치의 고정시 신뢰성과 크기의 제약으로 인해 체결부가 회전에 의하여 빠져나갈 수 있는 충분한 공간을 설계에 반영하기 어렵다. 따라서 전개장치의 신뢰성을 보다 높이기 위해서는 이와는 다른 방식의 전개 장치를 필요로 한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 핀풀러(8); 고정되는 부품의 돔형 홈에 끼워질 수 있는 돔 너트(7); 상기 돔 너트(7)가 끝단부에 고정되어 장착되는 스토퍼(6); 상기 스토퍼(6)의 회전중심에 일치하도록 설치되고 상기 스토퍼(6)의 회전을 제한하는 스프링(5); 상기 스토퍼(6)의 회전부와 중심이 일치하는 구멍을 가지면서 하단부 일측에 상기 스프링(5)의 끝단부가 지지될 수 있는 몸체(4); 일측 끝단이 상기 스토퍼(6)에 나사결합되어 관통되고, 상기 핀풀러(8)의 내부에 일정길이가 삽입되는 스터드보울트(3)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비폭발식 분리 장치를 이용한 구조물의 소형 고정 및 해제장치가 제공된다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예로는 상기의 발명에 상기 스터드보울트(3)가 중심부를 관통하면서 상기 몸체부(4)에 삽입되어 설치되는 덮개부(2); 상기 스터드보울트(3)의 타측 끝단부에 나사결합되면서 덮개부(2)를 몸체부에 고정시켜주는 보울트(1)를 추가적으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비폭발식 분리 장치를 이용한 구조물의 소형 고정 및 해제장치도 제공된다.

본 발명은 보다 신뢰성이 높고 확실한 비폭발식 분리 장치를 이용한 구조물의 소형 고정 및 해제장치를 제공한다.

도 1 : 태양전지판 고정상태와 전개상태의 위성의 모형도
도 2 : 전개시 간섭발생 설명도
도 3 : 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 전개장치의 구성도
도 4 : 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 전개장치의 운동자유도 설명도
도 5 : 돔 너트 접촉 부분도
도 6 : 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 안테나 지향장치의 형상 및 작동도
도 7 : 본 발명의 일 실시예에 따른 소형안테나 지향장치의 작동도
도 8 : 돔 너트와 돔 너트 스테이 부분도
도 9 : 본 발명의 일 실시예에 따른 분리장치 작동도
도 10 : 본 발명의 일 실시예에 따른 멈춤쇠 작동도
도 11 : 본 발명의 일 실시예에 따른 전개장치 작동 완료도
도 12 : 본 발명 사용되는 핀풀러의 장치도

본 발명은 기본적으로 비폭발식 분리 장치를 이용한 우주용 소형 전개장치는 소형 위성용 안테나 지향 시스템을 고정, 분리하기 위하여 고안되었다. 본 발명은 인공위성이 소형, 경량화됨에 따라 전개장치에 사용되는 분리장치가 종래에 사용되던 직선적인 구속방식이 아닌 각 구조물의 자유도가 서로를 구속하는 방식으로 고정되는 구조물들의 결합상태를 핀풀러를 이용하여 고정하고 풀어지는 방법을 이용하고 있다. 이러한 방법을 적용하므로써 부품 구성을 최대한 간단하게 하여 우주환경에서의 작동 안정성을 확보하였다.

본 발명에 따른 전개장치의 구성은 도 3에 개시되어 있다. 도면에 따르면 본 발명의 기본적인 구성요소는 고정 너트(1), 덮개(2), 스터드 볼트(stud bolt, 3), 몸체(4), 스프링(5), 스토퍼(Stopper, 6), 돔 너트 (Domed nut, 7), 핀풀러(Pin puller, 8)로 구성된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 전개장치의 운동의 자유도를 설명해 주는 도면이다. 도면의 화살표가 보여주는 바와 같이 스토퍼는 회전하는 방향과 수평방향의 두 방향으로 운동이 가능하므로 2 자유도를 가진다.

도 5는 돔 너트 접촉 부분을 보여주고 있는데, 돔 너트는 핀풀러의 돔 너트에 대응되도록 오목하게 형성된 접촉부위에 끼워져서 소형전개장치의 회선 자유도를 구속하는 기능을 수행하게 된다.

한편, 핀풀러는 핀을 잡아 당기는 작용으로 고정할 수 있는 장치를 총칭하는 용어로 사용되며, 도 12는 그 일예를 보여주고 있다. 여기에서는 가해지는 전기적인 신호에 따라 전자석이 자화되는 것에 의하여 중심부의 내부에 삽입되어 들어오는 금속성 핀을 잡아당기는 역할을 하게 된다.

인공위성이 발사될 때에는 상기에서 설명한 바와 같이 극심한 가속도와 진동을 받게 된다. 이에 따라 운동부가 구속을 하지 않은 상태에서 자유롭게 운동을 하게되면 발생된 진동등에 의하여 심각한 고장이 초래될 수 있다. 그러므로 상기와 같은 상기와 같은 돔 너트 등을 이용하여 운동을 일시적으로 제한하여 장치들을 보호할 필요가 있다.

이하에서는 소형 전개장치를 발사환경에서 소형 안테나 지향장치를 고정하는 부위를 통하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 안테나 지향장치의 형상 및 작동도이다. 이 소형 안테나 지향장치는 (a) 상태에서 (c) 상태까지 180도의 각도 범위에서 지향이 가능하다. 상기에서 설명한 바와 같이 발사환경 등에서 이 소형 안테나 지향장치를 고정하지 않는 경우에는 회전방향으로 극심한 운동이 발생하여 손상을 입을 수 있다. 따라서 이를 방지 하기 위해서는 안테나의 회전을 고정해 주어야 한다. (a)는 고정된 상태(안테나 부분에 가려져서 주요부가 도시되지 않음)이고, (b)와 (c)는 고정장치가 풀어져서 지향장치가 자유롭게 회전할 수 있는 상태를 보여주고 있다.

이 작동상태를 보다 자세히 설명하기 위하여 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형안테나 지향장치의 작동도이다. 핀풀러가 스터드 보울트를 당기고 있는 상태에서는 그림과 같이 돔 너트가 돔 너트 스테이 부분에 안착하여 도 8과 같이 지향장치의 고정부를 눌러 구속하게 된다. 이러한 상태로 발사된 후 임무를 수행하게 되는 단계에서는 핀풀러가 스터드보울트를 풀어주게 되면 스토퍼가 도시된 직선 1의 방향으로 이동(도 9의 화살표 방향 참조)이 가능하게 된다.

이 상태에서 도 10과 같이 스프링력에 의하여 스토퍼가 시계방향으로 회전을 하게된다. 이에 따라 스토퍼에 결합되어 있는 돔 너트가 돔 너트 스테이부를 벗어나면서(도 10 참조) 실제로 직선 방향으로 이동과 함께 회전을 하게된다.

이에 스토퍼에 의하여 눌려져 있던 부위는 완전히 고정상태에서 해제되어 자유로운 운동이 가능(도 11 참조)하게 된다.

본 발명에 의한 고정 및 해제장치는 인공위성 등의 우주발사체에만 사용되는 것이 아니라, 본 발명의 구성요소를 포함하는 고정 및 해제가 필요한 부위를 포함하는 많은 장치들에 적용될 수 있음은 자명하다.

1 : 고정 너트 2 : 덮개
3 : 스터드 보울트(Stud bolt) 4 : 몸체
5 : 스프링 6 : 스토퍼(Stopper)
7 : 돔 너트(Domed nut) 8 : 핀풀러(Pin puller)
10 : 태양전지판 11 : 체결부
12 : 소형위성 몸체 13 : 직선부
14 : 구멍부위

Claims (2)

1. 핀풀러;
   고정되는 부품의 돔형 홈에 끼워질 수 있는 돔 너트;
   상기 돔 너트가 끝단부에 고정되어 장착되는 스토퍼;
   상기 스토퍼의 회전중심에 일치하도록 설치되고 상기 스토퍼의 회전을 제한하는 스프링;
   상기 스토퍼의 회전부와 중심이 일치하는 구멍을 가지면서 하단부 일측에 상기 스프링의 끝단부가 지지될 수 있는 몸체;
   일측 끝단이 상기 스토퍼에 나사결합되어 관통되고, 상기 핀풀러의 내부에 일정길이가 삽입되는 스터드보울트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비폭발식 분리 장치를 이용한 구조물의 소형 고정 및 해제장치
2. 제1항에 있어서,
   상기 스터드보울트가 중심부를 관통하면서 상기 몸체부에 삽입되어 설치되는 덮개부;
   상기 스터드보울트의 타측 끝단부에 나사결합되면서 덮개부를 몸체부에 고정시켜주는 보울트를 추가적으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비폭발식 분리 장치를 이용한 구조물의 소형 고정 및 해제장치

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