KR20230092804A - 특히 로켓용 모듈 분리 메커니즘 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 제 1원통형 본체, 제 2원통형 본체 및 상기 2개의 본체를 연결하는 링을 포함하는 특히 로켓용 모듈 분리 메커니즘을 제공하는 데 있으며, 여기서 링(3)은 커버(9)와 함께 하나 이상의 장력 잠금기구(tension lock)(6)를 포함하며, 제 1본체(1)는 링(3)을 분리하는 방식으로 커버(9)와 함께 장력 잠금기구(6)를 링(3)으로부터 밀어내도록 된 하나 이상의 반경방향 장착식 액추에이터(5)를 포함하고, 제 1본체(1)는 제 2본체(2)를 제 1본체(1)로부터 밀어내도록 된 하나 이상의 푸싱 부재(4)를 더 포함하고, 커버(9)와 함께 링(3)의 외부면은 제 1본체(1) 및 제 2본체(2)의 외부면과 마주보는 것을 특징으로 한다.

Description

특히 로켓용 모듈 분리 메커니즘{Module separation mechanism, in particular for rockets}

본 발명의 목적은 모듈 분리 메커니즘, 특히 로켓용 비폭발성 모듈의 분리 메커니즘을 제공하는 데 있다.

로켓 및 우주 기술에 있어서, 우주선이나 위성의 해제를 위해 장치의 한 부분을 또 다른 부분으로부터 종종 분리할 필요가 있다. 이는 무엇보다도, 로켓 설계의 최적화 및 연속적인 단계에서 (가령, 엔진을 포함한) 단계적인 제거를 가능케 함으로써, 전체 시스템의 효율성을 증가시킨다.

상기 과제를 수행하는 많은 방법이 있으며, 이들 방법은 로켓의 크기, 기능 및 복잡성으로 특징지을 수 있다. 종래 기술의 해결방안은 대부분 폭파나 폭연시에, 매우 높은 진동을 생성하고 분리될 구조물에 강한 교란을 유발할 수 있는 폭발물을 기반으로 한다. 또한, 폭발물의 취급은 상기 구조물에서 작업하는 사람에게 위험을 초래하므로, 이들의 사용에는 많은 제한이 따르며, 허용 가능한 수준의 안전을 보장하려면 복잡한 절차가 필요하다. 또한, 대부분의 경우, 폭발물을 사용하면 매우 많은 양의 작고 날카로운 파편이 생성되는데, 이는 시스템 주변에 있는 구성요소에 위협을 가할 수 있다.

특허 출원 US6076467 A에는 외부에 배치된 밴드 및 해제 기구를 갖는 메커니즘이 개시되어 있다. 이러한 배열은 로켓 모듈을 분리하는 데 사용할 경우, 구조물의 공기 역학에 부정적인 영향을 주게 된다.

특허 EP1675770 B1의 설명에는 폭발 중에 민감한 요소의 부피가 증가하여 연결이 분리되는 폭발물을 포함하는 메커니즘이 기재되어 있다. 이 해결방안은 폭발물을 기반으로 하므로, 여전히 기계적 교란을 일으키고 구조물에 원치 않는 진동을 유발할 수 있다. 또한, 그의 디자인으로 인해, 빌트인 리던던시(built-in redundancy)가 갖추어져 있지 않다.

특허 US8607705 B2의 설명에는 로켓 모듈의 부피를 증가시켜 이를 확장시킴으로써 분리가 실행되는 팽창형 블래더를 기반으로 하는 해결방안이 개시되어 있다. 이러한 메커니즘은 분리를 이루기 위해 연결부에 고압을 도입할 필요가 있다. 따라서, 보드 상에 적절한 탱크를 구비할 필요가 있다. 또한, 블래더가 천공되면, 분리가 이루어지지 않는다.

러시아 출원 RU2161111 C1의 설명에는 클램프가 여러 섹션으로 나뉘고 금속 탄성 밴드를 사용하여 압축시키는 마만형 링(marman-type ring)을 기반으로 하는 메커니즘이 개시되어 있다. 해제 기구는 시스템 외부에 배치되어 있어, (공기역학적 유동의 교란 또는 취급 중에 손상 위험으로 인해) 이 해결방안을 사용하여 로켓 모듈을 분리할 가능성은 없다. 상기 문서에는 사용하는 시스템에 의해서 연결된 모듈의 견고성을 보장하는 것에 대한 언급이 없다.

특허 출원 US5248233 A의 설명에는 주로 볼트와 너트로 연결된 장치를 분리하려는 해결방안이 기재되어 있다. 로켓 모듈을 분리하는 데 사용할 경우, 여러 개의 이러한 장치를 본체 내부에 배치해야 하므로, 결과적으로 적재 공간을 제한하고 전체 구조물의 중량을 증가시킨다. 또한, 모듈을 분리하려면 각 장치를 활성화시킬 필요가 있으므로, 시스템의 안전성이 저하된다 (빌트인 리던던시 없음).

특허 US7861976 B2의 설명에는 2개의 모듈을 연결하는 복수의 상호 연결식 래치-후크를 기반으로 하는 메커니즘이 개시되어 있다. 여러 개의 분리 메커니즘이 상기 문헌에 개시되어 있지만, 이들은 모두 레버 또는 기어 시스템을 통한 후크의 동시 회전에 의존한다. 이러한 복잡한 메커니즘은 고장에 매우 취약하다.

특허 US6227493 B1 의 설명에는 그 작동 원리가 RU2161111 C1에 기재된 장치와 매우 유사한 해결방안이 개시되어 있다. 마찬가지로, 상기 특허에서 연결부는 섹션으로 나뉘지만, 이번에는 고정 요소가, 장치의 활성화시에 변형되어 2개의 모듈을 분리시키는 유연한 부품으로 되어 있다. 그러나, 이 해결방안은, 상기 부품이 성형 요소와 고정 스트립으로 이루어져 있어, 균질한 구조를 갖지 않는다. 이러한 복잡한 구조는 실패의 위험에 노출되어 있고, 특히 우주 산업에 이 메커니즘을 적용하는 것은 바람직하지 않다.

본 발명의 목적은 장치의 작동으로 인한 과부하를 최소화하는 방식으로 로켓, 위성 또는 파생물의 모듈을 분리하기 위한 해결방안을 제공하는 데 있다. 또한, 광범위한 확장성과 신뢰성을 확보할 수 있고, 분리 가능한 부품 중 하나에 가능한 한 큰 관통 직경을 제공하는 데 있다. 많은 종래 기술의 해결방안은 폭발물의 작동을 기반으로 하는데, 이는 폭파시 구조물의 나머지 구성요소에 큰 과부하 및 진동을 유발한다. 반면에, 다른 종래 기술들은 높은 공기역학적 항력에 노출시 분리되는 기능을 제공하지 않으며, 훨씬 더 큰 직경을 위해 설계되어 있어, 더 작은 크기의 장치에 사용할 수 있는 역량이 부족하다.

본 발명에 따르면, 특히 로켓용 모듈 분리 메커니즘은 제 1원통형 본체, 제 2원통형 본체 및 상기 2개의 본체를 연결하는 링을 포함하고, 링은 커버와 함께 하나 이상의 장력 잠금기구(tension lock)를 포함하며, 제 1본체는 상기 링을 분리하는 방식으로 커버와 함께 장력 잠금기구를 링으로부터 밀어내도록 된 하나 이상의 반경방향 장착식 액추에이터를 포함하고, 상기 제 1본체는 제 2본체를 제 1본체로부터 밀어내도록 된 하나 이상의 푸싱 부재를 더 포함하고, 커버와 함께 링의 외부면은 제 1 및 제 2본체의 외부면과 마주보는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 모듈 분리 메커니즘은 2개의 장력 잠금기구를 구비한 링에 의해 연결되는 2개의 독립된 모듈을 포함한다. 바람직하게는, 제 1본체는 상기 액추에이터 중 하나만 작동되는 경우, 상기 링을 분리하는 방식으로 상기 링으로부터 장력 잠금기구를 밀어내도록 된 2개의 독립된 반경방향 장착식 액추에이터를 포함한다.

바람직하게는, 연결된 상태에서 모듈은 개스킷에 의해 그의 연결 지점이 밀봉된다.

바람직하게는, 연결된 모듈은 모듈의 축에 수직인 방향으로 구속하는 2개 이상의 위치결정 핀에 의해 위치결정된다.

바람직하게는, 액추에이터는 전기 및/또는 공압 및/또는 불꽃 기술로 구동된다.

바람직하게는, 장력 잠금기구는 제 1본체 및 제 2본체의 외부면과 마주보는 커버를 구비하며, 커버는 장력 잠금기구의 나사가 풀리는 것을 방지하는 돌기를 갖는다.

바람직하게는, 푸싱 부재는 스프링이고, 가장 바람직하게는, 스프링은 푸싱 가스 스프링이다. 낮은 운용 비용 및 간편한 취급으로 인해, 푸싱 가스 스프링을 사용하는 것이 바람직하다.

도면에 도시한 실시예를 통해 본 발명을 설명한다.
도 1은 다양한 단면으로 메커니즘을 도시한 개략도이다.
도 2는 본체 연결 기구를 도시한 확대 단면도이다.
도 3은 메커니즘을 도시한 분해도이다.

실시예에 따른 모듈 분리 메커니즘은 2개의 원통형 본체인 제 1본체(1) 및 제 2본체(2), 상기 2개의 본체를 연결하는 링(3), 피팅을 갖는 전기 커넥터(7), 2개의 장력 잠금기구(6)와 2개의 액추에이터(5), 및 2개의 가스 스프링 형태의 푸싱 부재(4)를 포함한다.

본체(1, 2)는 장력 잠금기구(6)에 수직인 평면에 배치된 2개의 관절 조인트(3c)를 갖는 링(3)을 통해 마찰 형상화 방식(friction-shaped manner)으로 연결된다. 링(3)은 두 세트의 부품, 즉: 링의 제 1암(3a), 링의 제 2암(3b) 및 링의 관절 조인트(3c)로 구성된다. 연결된 제 1 및 제 2본체에 중첩된 링(3)의 두 세트의 부품은 커버(9)에 의해 나사 풀림 방지식으로 고정된 장력 잠금기구(6)에 의해 연결된다.

본체(1, 2)는 모듈을 로켓의 다른 구성요소 또는 다른 분리 가능한 물체에 연결하는 인터페이스를 갖고 있다. 필요에 따라, 해결방안 (가령, RADAX, 플랜지 연결, 축 연결) 내에서 사용되는 표준에 맞게 본체를 조정할 수 있다. 분리 평면은 링(3)의 대칭 평면에서 2개의 모듈 사이에 있다. 모듈의 상호 축 연결을 통해 모듈은 O-링 유형의 개스킷(8)에 의해 연결되는 지점에서 연결된 상태로 밀봉될 수 있으므로, 메커니즘의 완전한 견고성을 보장한다. 이 유형을 방사형 빌드 유형의 외부 (피스톤) 밀봉이라 칭한다.

모듈의 분리는 2개의 액추에이터(5) 중 하나의 작동 개시에 의해 이루어지며, 액추에이터는 대향하고 있는 장력 잠금기구(6)를 가압하며, 링(3) 절반부들을 유지한다. 따라서, 해제된 링(3)은 더 이상 2개의 모듈에 어떠한 저항도 제공하지 않으며, 가스 스프링의 작용 결과, 링 절반부(3)를 외측으로 밀어서 자유롭게 분리되도록 한다. 장력 잠금기구(6)의 볼트 헤드(6a, 6b) 아래에 있는 구형 와셔(6d)의 사용으로 인해, 정확한 분리가 일어나도록 하기 위해 2개의 액추에이터(5) 중 하나만 작동되도록 할 필요가 있다.

모듈 분리 메커니즘은 하나의 액추에이터(5)와 하나의 장력 잠금기구(6)만 포함할 수 있다. 이 경우, 링(3)은 4개의 링 암, 3개의 관절 조인트(3c) 및 커버(9)에 의해 고정되는 하나의 장력 잠금기구(6)로 이루어진다. 3개의 관절 조인트 중 2개의 액추에이터를 사용할 경우와 유사하게 위치결정되는 반면, 세 번째 관절 조인트는 제 2장력 잠금기구(6) 대신에 배치된다. 제 1본체(1)는 액추에이터(5)를 수용하도록 된 하나의 소켓만을 가지며, 제 2본체(2)는 액추에이터 피스톤용으로 하나의 개구만 갖는다.

일부 실시예에서, 불꽃 추진 시스템을 사용하여 액추에이터(5)를 추진하며, 사용하는 장약은 작은 질량 및 높은 에너지 밀도를 갖는다. 작은 질량 장약을 사용하면, 폭발이 작고 제어가 가능하며, 로켓 구조물에 응력을 유발하지 않는다. 이들 실시예에서 장약의 폭발은 액추에이터에서 장력 잠금기구(6)를 개방하기에 충분한 압력을 생성하려는 것일 뿐이다.

특정 실시예에서, 본 발명에 따른 메커니즘은 작은 직경의 로켓, 바람직하게는 결합된 모듈이 100 내지 150㎜ 범위의 외경을 갖는 로켓에 수용된다.

본 발명의 맥락에서, 장력 잠금기구(6)의 커버(9)를 포함한 링(3)의 외부면과 제 1본체(1) 및 제 2본체(2)의 외부면이 마주보는 것은 이들 외부면의 완전한 중첩으로 이해하여야 한다.

본 발명은 분리된 모듈 중 하나의 내부에서 관통 내경을 최대화할 수 있게 한다. 따라서, 분리 후에, 예를 들어 섹션 중 하나의 내부에서 하늘을 관찰하거나 분리된 모듈의 상부 축에 배치된 낙하산 시스템을 트리거하는 것이 가능할 수 있다. 또한, 본 발명은 (폭발 장약에 기반한 장치 대신에) 가스 스프링의 사용 덕분에 분리 순간에 발생하는 힘도 감소시킨다.

본 발명은 구조물의 주요 부분에서 화물칸을 분리하는 데 사용할 수 있으므로, 테스트 및 후속의 복구 프로세스를 용이하게 구현할 수 있다.

2개의 액추에이터를 사용하면, 하나의 액추에이터만 분리가 일어나도록 허용함으로써, 시스템의 신뢰성이 증가된다. 이 메커니즘은 여러 상이한 특성을 가진 여러 상이한 수의 가스 스프링을 사용할 수 있게 하므로, 확장성이 뛰어나며 직경이 작거나 큰 물체 모두에 적용할 수 있다.

사용된 기하학적 형상은 큰 힘과 모멘트를 모든 방향으로 전달할 수 있게 한다.

1. 제 1본체
2. 제 2본체
3. 링
3a. 링의 제 1암
3b. 링의 제 2암
3c. 링의 관절 조인트
4. 푸싱 부재
5. 액추에이터
6. 장력 잠금기구
6a, 6b. 장력 잠금 볼트
6c. 장력 잠금 너트
6d. 구형 와셔
7. 피팅을 갖는 전기 커넥터
8. 개스킷
9. 커버
10. 위치결정 핀

Claims (9)

1. 제 1원통형 본체, 제 2원통형 본체 및 상기 2개의 본체를 연결하는 링을 포함하는 특히 로켓용 모듈 분리 메커니즘에 있어서,
   링(3)은 커버(9)와 함께 하나 이상의 장력 잠금기구(tension lock)(6)를 포함하며,
   제 1본체(1)는 링(3)을 분리하는 방식으로 커버(9)와 함께 장력 잠금기구(6)를 링(3)으로부터 밀어내도록 된 하나 이상의 반경방향 장착식 액추에이터(5)를 포함하고,
   제 1본체(1)는 제 2본체(2)를 제 1본체(1)로부터 밀어내도록 된 하나 이상의 푸싱 부재(4)를 더 포함하고,
   커버(9)와 함께 링(3)의 외부면은 제 1본체(1) 및 제 2본체(2)의 외부면과 마주보는 것을 특징으로 하는 모듈 분리 메커니즘.
2. 제 1항에 있어서, 2개의 장력 잠금기구(6)를 구비한 링(3)에 의해 연결되는 2개의 독립된 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 분리 메커니즘.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 제 1본체(1)는 상기 액추에이터(5) 중 하나만 작동되는 경우, 상기 링(3)을 분리하는 방식으로 링(3)으로부터 장력 잠금기구(6)를 밀어내도록 된 2개의 독립된 반경방향 장착식 액추에이터(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 분리 메커니즘.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 연결된 상태에서 모듈은 개스킷(8)에 의해 그의 연결 지점이 밀봉되는 것을 특징으로 하는 모듈 분리 메커니즘.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 연결된 모듈은 모듈의 축에 수직인 방향으로 구속하는 2개 이상의 위치결정 핀(10)에 의해 위치결정되는 것을 특징으로 하는 모듈 분리 메커니즘.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 액추에이터(5)는 전기 및/또는 공압 및/또는 불꽃 기술로 구동되는 것을 특징으로 하는 모듈 분리 메커니즘.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 장력 잠금기구(6)는 제 1본체(1) 및 제 2본체(2)의 외부면을 마주보는 커버(9)를 구비하며, 커버(9)는 장력 잠금기구(6)의 나사(6a, 6b)가 풀리는 것을 방지하는 돌기를 갖는 것을 특징으로 하는 모듈 분리 메커니즘.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 푸싱 부재(4)는 스프링인 것을 특징으로 하는 모듈 분리 메커니즘.
9. 제 8항에 있어서, 스프링은 푸싱 가스 스프링인 것을 특징으로 하는 모듈 분리 메커니즘.

Images