KR20150094677A - 우주 구조물의 분리 기구 - Google Patents

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Abstract

우주 구조물의 분리 기구(1A)는 우주 공간에서 제1 구조체(2)로부터 제2 구조체(3)를 분리시키는 분리 기구로, 제1 구조체(2)에 고정되는 제1 부재(4)와, 제2 구조체에 고정되는 제2 부재(5)를 구비하고 있다. 제1 부재(4) 및 제2 부재(5)는 모두 열전도율이 상대적으로 낮은 절연성 재료로 이루어진다. 제1 부재(4)와 제2 부재(5) 사이에는 통전층(6)이 개재되어 있고, 제1 부재(4) 또는 제2 부재(5)는 접합층(7)에 의해 통전층(6)에 접합되어 있다. 통전층(6)은 해당 통전층(6)에 전류가 흐르게 되었을 때에, 발열에 의해 접합층(7)을 파괴 또는 용해하도록 구성되어 있다.

Description

우주 구조물의 분리 기구{SEPARATION MECHANISM FOR SPACE STRUCTURE}
본 발명은, 예를 들어, 위성이나 로켓 등 우주 구조물에 사용되는 분리 기구에 관한 것이다.
요즈음 우주 구조물의 분리 기구로서, 화약을 사용하지 않는 비화공품 장치가 여러 가지 제안되고 있다. 예를 들어, 특허문헌1에는 도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같은 분리 기구(100)가 개시되어 있다.
특허문헌1에 개시된 분리 기구(100)에서는 한 방향으로 개구되는 상자 모양의 랙(110) 내에 위성(120)이 수용되어 있다. 랙(110)의 바닥부에는 통전 플레이트(130)가 배치되어 있으며, 위성(120)에는 통전 플레이트(130)와 대향하는 인터페이스 플레이트(125)가 고정되어 있다. 인터페이스 플레이트(125)의 하면에는 홈부가 형성되어 있으며, 이 홈부에 스프링(140)이 배치되어 있다.
인터페이스 플레이트(125)의 하면은 도시하지 않은 통전 박리성 접착제에 의해 통전 플레이트(130)에 접착되어 있다. 통전 박리성 접착제란, 통전에 의해 접착력이 약해져 박리되는 접착제이다. 통전 플레이트(130)에는 배터리(135)로부터 전류가 흐르게 되어 있으며, 이로써 통전 박리성 접착제에도 전류가 흘러서 통전 박리성 접착제가 박리되고, 스프링(140)의 탄성력에 의해 위성(120)이 랙(110) 안으로부터 방출된다.
특허문헌1: 일본특허출원공개 2011-251560호
하지만, 통전 박리성 접착제를 이용한 분리 기구에서는 통전 박리성 접착제에 통전을 시작하고 나서 박리할 때까지 약간의 시간(경우에 따라서는 몇 분)을 필요로 하고, 분리 기구로서의 응답성이 좋지 않다.
따라서 본 발명은 응답성이 양호한 우주 구조물의 분리 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 우주 구조물의 분리 기구는 우주 공간에서 제1 구조체로부터 제2 구조체를 분리시키는 분리 기구이며, 상기 제1 구조체에 고정되는 열전도율이 상대적으로 낮은 절연성 재료로 이루어지는 제1 부재와, 상기 제2 구조체에 고정되는 열전도율이 상대적으로 낮은 절연성 재료로 이루어지는 제2 부재와, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에 개재되는 통전층과, 상기 제1 부재 또는 상기 제2 부재를 상기 통전층에 접합하는 절연성 수지로 이루어지는 접합층을 구비하고, 상기 통전층은 해당 통전층에 전류가 흐르게 되었을 때에, 발열에 의해 상기 접합층을 파괴 또는 용해하도록 구성되어 있다.
상기 구성에 따르면, 통전층에 전류가 흐르게 되면, 통전층의 발열에 의해 접합층이 파괴 또는 용해되기 때문에 제2 부재가 제1 부재로부터 분리된다. 게다가, 통전층은 열전도율이 낮은 제1 부재 및 제2 부재 사이에 끼워져 있기 때문에, 통전층에 전류를 흘렸을 때에는 통전에 의한 발열(줄 열)이 달아나기 어렵고, 그 열이 통전층 내에 축적된다. 그 결과, 통전층의 온도가 급격히 상승하여 접합층의 파괴 또는 용해가 매우 짧은 시간에 일어난다. 이로써 응답성이 양호한 분리 기구를 얻을 수 있다.
상기 접합층은 수지로 이루어지는 상기 제1 부재 또는 상기 제2 부재의 표층이어도 좋다. 이 구성에 따르면, 통전층을 제1 부재와 제2 부재 사이에 끼운다는 매우 단순한 구조로 할 수 있다.
혹은 상기 접합층은 상기 제1 부재 또는 상기 제2 부재와는 다른 접착제로 이루어지는 층이어도 좋다. 이 구성에 따르면, 다양한 접착제를 사용할 수 있으며, 설계 자유도를 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 응답성이 양호한 우주 구조물의 분리 기구를 얻을 수가 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 우주 구조물의 분리 기구의 작동 설명도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 우주 구조물의 분리 기구의 작동 설명도이다.
도 3은 실시예의 우주 구조물의 분리 기구의 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 종래의 우주 구조물의 분리 기구의 작동 설명도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
(제1 실시예)
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 우주 구조물의 분리 기구(1A)를 나타낸다. 우주 구조물은 제1 구조체(2) 및 제2 구조체(3)를 포함한다. 분리 기구(1A)는 우주 공간에서 제1 구조체(2)로부터 제2 구조체(3)를 분리시키는 것이다.
구체적으로, 분리 기구(1A)는 제1 구조체(2)에 고정되는 제1 부재(4)와, 제2 구조체에 고정되는 제2 부재(5)를 구비하고 있다. 제1 부재(4)와 제2 부재(5) 사이에는 통전층(6)이 개재되어 있으며, 제2 부재(5)는 접합층(7)에 의해 통전층(6)에 접합되어 있다.
본 실시예에서는 제1 부재(4) 및 제2 부재(5)가 서로 평행한 판형을 이루고 있지만, 제1 부재(4)와 제2 부재(5)는 통전층(6)을 통해 서로 면접촉 가능한 형상이면 어떤 형상을 가지고 있어도 좋다.
제1 부재(4) 및 제2 부재(5)는 모두 열전도율이 상대적으로 낮은 절연성 재료로 이루어진다. 제1 부재(4) 및 제2 부재(5)를 구성하는 재료의 열전도율은 2W/m·K 이하가 바람직하며, 1W/m·K 이하가 더욱 바람직하다. 본 실시예에서는 제2 부재(5)가 수지로 이루어져 있다.
제1 부재(4)를 구성하는 재료는 제2 부재(5)를 구성하는 수지보다 내열성이 우수한 것이면 특별히 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 제1 부재(4)를 구성하는 재료로는 세라믹이나 각종 단열재, 또는 제2 부재(5)를 구성하는 수지보다 내열 온도가 높은 수지 등을 사용할 수 있다. 여기서, 내열 온도란, 수지로 이루어진 부재가 파괴 또는 용해되어 기계적 강도를 잃는 온도를 말한다.
상술한 재료 중에서도 열전도율이 낮다는 관점에서는 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 수지로는 열경화성 수지와 열가소성 수지 중 어느 것을 사용해도 좋지만, 특히 내열 온도가 100℃ 이상의 엔지니어링 플라스틱을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 엔지니어링 플라스틱으로는 폴리카보네이트(PC), 폴리설폰(PSU), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리이미드(PI) 등을 들 수 있다.
제2 부재(5)를 구성하는 수지로는 폴리염화비닐(PVC), 폴리스틸렌(PS), ABS 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등 내열 온도가 100℃ 미만의 수지를 이용하는 것도 가능하지만, 내열 온도가 100℃ 이상의 엔지니어링 플라스틱을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 부재(5)를 구성하는 수지로는 열가소성 수지뿐 아니라 열경화성 수지를 사용할 수도 있다.
상술한 접합층(7)은 절연성 수지로 이루어진 것이다. 본 실시예에서는 접합층(7)은 제2 부재(5)의 표층(7A)이다. 접합층(7)은 제2 부재(5)가 통전층(6)에 용착됨으로써 형성된다.
통전층(6)은 제1 부재(4)의 표면에 증착이나 도금 등에 의해 형성된 금속 박막이다. 이 통전층(6)에는 한 쌍의 전극(81)이 설치되어 있고, 이러한 전극(81) 사이에 케이블(82)을 통해 전압이 인가됨으로써 통전층(6)에 전류가 흐른다. 통전층(6)은 해당 통전층(6)에 전류가 흐르게 되었을 때에, 발열에 의해 접합층(7)을 파괴 또는 용해하도록 구성되어 있다. 이로써 도 1b에 나타낸 바와 같이, 제2 부재(5)가 제1 부재(4)로부터 분리된다.
통전층(6)을 구성하는 금속으로는 예를 들면 니켈, 크롬, 니크롬(니켈 크롬 합금) 등 전기 저항율이 높은 금속이 바람직하지만, 통전층(6)을 전극(81) 사이의 저항이 높아지는 구성으로 하면 알루미늄 등 전기 저항율이 낮은 금속을 이용하는 것도 가능하다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시예의 분리 기구(1A)에서는 통전층(6)에 전류가 흐르게 되면, 통전층(6)의 발열에 의해 접합층(7)이 파괴 또는 용해되기 때문에 제2 부재(5)가 제1 부재(4)로부터 분리된다. 게다가, 통전층(6)은 열전도율이 낮은 제1 부재(4) 및 제2 부재(5) 사이에 끼워져 있기 때문에, 통전층(6)에 전류를 흘렸을 때에는 통전에 의한 발열(줄 열)이 달아나기 어렵고, 그 열이 통전층(6) 내에 축적된다. 그 결과, 통전층(6)의 온도가 급격히 상승하여 접합층(7)의 파괴 또는 용해가 매우 짧은 시간에 일어난다. 이로써 응답성이 양호한 분리 기구(1A)를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 접합층(7)이 제2 부재(5)의 표층(7A)이기 때문에, 통전층(6)을 제1 부재(4)와 제2 부재(5) 사이에 끼운다는 매우 단순한 구조로 할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 제1 부재(4)가 제2 부재(5)를 구성하는 수지보다 내열성이 우수한 재료로 구성되어 있었다. 그러나 제1 부재(4)가 제2 부재(5)를 구성하는 수지보다 내열 온도가 낮은 수지로 구성되어 있고, 통전층(6)에 전류가 흐르게 되어 제1 부재(4)의 표층이 파괴 또는 용해하였을 때에, 통전층(6)에 있어서의 제2 부재(5)가 접합된 영역이 주변 영역과 파단하면서 제2 부재(5)가 제1 부재(4)로부터 분리되어도 좋다. 즉, 접합층(7)은 수지로 이루어진 제1 부재(4)의 표층이어도 좋다.
또한, 제1 구조체(2)와 제2 구조체(3)는 어느 것이 주요 구조체이어도 좋고, 어느 것이 부구조체이어도 좋다.
(제2 실시예)
다음으로, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 우주 구조물의 분리 기구(1B)를 설명한다. 또한, 본 실시예에 있어서, 제1 실시예와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복된 설명은 생략한다.
본 실시예의 분리 기구(1B)가 제1 실시예의 분리 기구(1A)와 다른 것은 절연성 수지로 이루어진 접합층(7)이 제2 부재(5)와는 다른 접착제(7B)로 이루어지는 층인 점뿐이다. 즉, 접착제(7B)에는 통전 박리성 접착제와 달리 전류가 흐르지 않는다.
본 실시예에서는 통전층(6)에 전류가 흐르게 되었을 때에, 통전층(6)은 해당 통전층(6)의 온도가 접착제(7B)의 연화 온도 이상이 되도록 발열한다. 여기서, 연화 온도란, JISK6833-1에 규정된 측정 방법에 의해 측정되는 온도이다. 이로써 제1 실시예와 마찬가지로 접합층(7)이 파괴 또는 용해된다.
본 실시예에서는 제1 부재(4)와 제2 부재(5)는 동일한 재료로 구성되어 있어도 좋다. 즉, 제1 부재(4) 및 제2 부재는 열전도율이 상대적으로 낮은 절연성 재료이면 어떤 재료로 구성되어 있어도 좋다.
본 실시예의 구성에서도, 통전층(6)의 온도가 급격히 상승하여 접합층(7)의 파괴 또는 용해가 매우 짧은 시간에 일어나기 때문에 응답성이 양호한 분리 기구(1B)를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 접합층(7)이 제2 부재(5)와는 다른 접착제(7B)로 이루어진 층이기 때문에, 다양한 접착제를 사용할 수 있으며, 설계 자유도를 높일 수 있다.
또한, 통전층(6)이 제2 부재(5)의 표면 상에 형성된 금속 박막이며, 접착제(7B)로 이루어진 접합층(7)이 제1 부재(4)와 통전층(6) 사이에 배치되어 있어도 좋다.
이하, 본 발명에 대해 실시예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니다.
도 3에, 실시예의 분리 기구(1C)을 나타낸다. 먼저, ABS 수지를 사용하여 18mm×10mm×10mm의 직육면체인 제2 부재(5)를 제작하였다. 제2 부재(5)의 중심에는 볼트(B) 삽입통과용 관통 구멍이 형성되어 있다. 이어서, 두께 3mm의 글라스 클로스(glass colth)계 단열재(일광화성(日光化成) 제품 로스나이보드)를 10mm×30mm로 절단하여 2개의 판형 제1 부재(4)를 얻었다. 각 제1 부재(4)의 한쪽 주면에 니켈을 증착하여 두께 0.8μm의 통전층(6)을 형성했다. 마지막으로, 에폭시를 주제(主劑)), 폴리에틸렌을 경화제로 하는 이액성 접착제(7B) (코니시(コニシ) 제품 본드퀵5)를 이용하여 제2 부재(5)의 서로 반대쪽을 향하는 한 쌍의 측면에 통전층(6)을 접합 하였다. 이로써 분리 기구(1C)를 얻었다.
시험으로서 제2 부재(5)의 관통 구멍에 볼트(B)를 삽입 통과하여 제1 부재(4)를 고정한 상태에서, 볼트(B)를 도 3의 화살표로 표시된 방향으로 당겼다. 또한, 접합층(7)에는 당해 접합층(7)과 평행한 힘만 작용하도록 볼트(B)의 머리부와 제2 부재(5)의 단면 사이에, 오목 링(91)과 볼록 링(92)으로 이루어진 구면 와셔(9)를 배치했다.
통전층(6)에 전류를 흘리지 않는 상태에서는 볼트(B)의 인장력이 약 2000N에서 제2 부재(5)가 제1 부재(4)로부터 분리되었다. 이로부터 제1 부재(4)와 제2 부재(5)가 견고하게 접합되어 있는 것을 알 수가 있다.
한편, 볼트(B)를 약 1000N으로 당긴 상태에서 통전층(6)에 통전했을 때에는 통전 시작에서부터 불과 0.8초에 제2 부재(5)가 제1 부재(4)로부터 분리되었다. 이로부터 분리 기구(1C)로서의 응답성이 좋은 것을 알 수 있다.
또한, 전술한 실시예에서는 금속으로 니켈을 사용하고 있지만, 더욱 전기 저항율이 낮은 금속, 예를 들어 알루미늄 등을 사용하여 통전층을 형성하는 경우에는 두께를 작게 하거나 구불구불한 패턴 회로가 형성되도록 슬릿을 마련하고 회로 폭을 좁게 회로 길이를 길게 함으로써 전기 저항을 니켈을 사용한 경우와 동등하게 하면, 전술한 실시예와 같은 응답성을 얻을 수 있다.
또한, 전술한 실시예에서는 상용 접착제를 사용하고 있지만, 또한 내열성이 높은 접착제를 사용하면 약간의 응답성은 희생되지만, 고온 환경에서도 사용 가능한 분리 장치가 된다. 또한, 우주 공간에서는 100℃를 넘는 환경에서도 사용할 수 있는(접합 강도를 유지하는) 것이 요구되는 경우가 있다. 또한, 마찬가지로 접합을 수지의 용착에 의한 경우에는 그 수지의 내열성에 따라 다양한 온도 환경에 대응할 수 있는 분리 장치를 개발할 수 있다.
1A, 1B: 우주 구조물의 분리 기구
2: 제1 구조체
3: 제2 구조체
4: 제1 부재
5: 제2 부재
6: 통전층
7: 접합층
7A: 표층
7B: 접착제
8: 급전 장치

Claims (3)

  1. 우주 공간에서 제1 구조체로부터 제2 구조체를 분리시키는 분리 기구로서,
    상기 제1 구조체에 고정되는, 열전도율이 상대적으로 낮은 절연성 재료로 이루어지는 제1 부재와,
    상기 제2 구조체에 고정되는, 열전도율이 상대적으로 낮은 절연성 재료로 이루어지는 제2 부재와,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에 개재되는 통전층과,
    상기 제1 부재 또는 상기 제2 부재를 상기 통전층에 접합하는 절연성 수지로 이루어지는 접합층을 구비하고,
    상기 통전층은 해당 통전층에 전류가 흐르게 되었을 때에, 발열에 의해 상기 접합층을 파괴 또는 용해하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 우주 구조물의 분리 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합층은 수지로 이루어지는 상기 제1 부재 또는 상기 제2 부재의 표층인 것을 특징으로 하는 우주 구조물의 분리 기구.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합층은 상기 제1 부재 또는 상기 제2 부재와는 다른 접착제로 이루어지는 층인 것을 특징으로 하는 우주 구조물의 분리 기구.
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