Payloads of STEP Cube Lab.

구속분리장치
(Holding & Release Mechanism)

 

구속분리장치 개요

열선 절단방식을 적용한 힌지 구동형 무충격 구속분리장치(STEP Cube Lab. 팀 개발)는 기존 큐브위성에 적용된 나일론 커팅방식 메커니즘과 비교하여 높은 체결력과 저 충격 그리고 적용방법에 따라 복수 구조물의 동시 구속 및 분리가 가능하며, 시스템이 단순화되는 장점을 지닌다.

 

본 구속분리장치는 나일론선의 체결력으로 형성된 분리너트, 분리너트에 체결되어 전개 대상체에 구속력을 부가하는 M6 구속볼트, 분리너트의 구속해제를 목적으로 나일론선 절단을 위한 열선 그리고 분리를 원활하게 수행하기 위한 분리 스프링으로 구성된다.

 

작동원리는 열선 작동 시 나일론선의 절단과 동시에 분리너트 내부에 압축되어 장착된 분리 스프링의 복원력에 의해 분리너트가 하단부에 위치한 힌지 핀을 중심으로 좌우 회전하여 구속이 해제되고 핀 보드에 고정되어 구속볼트와의 간섭을 방지하는 방식으로 구동된다.

 

탑재체 검증 계획

궤도 상에서 탑재체 검증을 위해 장착된 스위치 메커니즘의 상태정보를 통한 전개유무 판단을 통해 전개 성공여부를 검증.

Holding and Release Mechanism
Holding and Release Mechanism (Left:Stowed, Right:Deployed)
집광형 태양전력 시스템
(Concentrating Photovoltaic (CPV) System)

 

집광형 태양전력 시스템 개요

집광형 태양전지시스템(STEP Cube Lab. 팀 개발)은 일정각도로 경사진 집광형 렌즈를 태양전지판 외곽에 배치하여 태양광 사각지대에서의 집광을 통해 전력생성효율의 증가가 가능하다.

 

종래의 지상용 집광형 태양전지시스템의 경우, 원활한 집광을 위해 상대적으로 큰 크기의 광학계가 요구되며, 증가된 태양전지의 효율유지를 위한 태양추적장치 및 경우에 따라 고집광에 따른 고열 발생으로 인한 별도의 냉각 장치의 적용이 필수적이다.

 

그러나 본 집광형 태양전력 시스템은 위성의 자전 및 공전에 따라 태양광이 태양전지와 평행하게 입사되어 전력생성의 거의 불가한 경우에도 태양광을 굴절 및 집광하여 평행의 태양전지에 조사해 줌으로서 빛을 받는 태양전지의 가용면적을 증가시켜 효율적인 전력생성이 가능하며, 또한 종래 지상용 시스템의 부가적 장치를 모두 필요로 하지 않는 장점이 있다.

 

탑재체 검증 계획

궤도 상에서 집광형 렌즈 배치/비배치된 태양전지판의 전력생성 데이터를 각각수집하여 전력생성효율을 비교.

MEMS Thruster
Ignition of MEMS Thruster
MEMS Thruster Module on STEP Cube Lab.
MEMS 기반 고체 추력기
(MEMS-based Solid Propellant Thruster)

 

MEMS 기반 고체 추력기 개요

MEMS 기반 고체 추력기(STEP Cube Lab. 팀 개발)는 MEMS(Micro Electro -Mechanical System) 기반 제작 기술이 적용된 추력기로, 해당 기술 적용 시 큐브위성에 탑재가 가능할만큼 소형화 하기 용이한 장점이 있다. MEMS 기반 고체 추력기는 MEMS 추력기 그리고 MEMS 추력기 제어 인터페이스 보드로 구성된다.

 

마이크로 점화기에 열을 인가 시 기폭제 기반의 고체 추진제가 점화되어 추진제의 가스 압력으로 박막이 깨지며 노즐을 통하여 추력을 발생시키게 된다. 궤도 상에서의 운용은 MEMS 추력기의 추력으로 인한 위성의 회전을 고려하여 대칭 방향에 있는 두 개의 점화기가 한 쌍으로 순차적으로 점화가 이루어진다.

 

MEMS 추력기 제작 기술(Glass 에칭, PhotoResist, UV 노광, 박막 공정 등)은 종래까지 궤도 검증된바 없으며, 본 STEP Cube Lab.을 통해 MEMS추력기를 궤도 검증함으로써 상기의 공정을 추후 Heritage로 활용 가능하다.

 

탑재체 검증 계획

STEP Cube Lab.에 탑재된 GPS 모듈을 이용하여 획득된 총9개 점화기의 점화 전/후 위치정보 데이터 및 점화기의 온도정보데이터의 분석을 통해 점화 성공여부 검증.

 

Concept of CPV System
CPV System on FM STEP Cube Lab.
Variable Emittance Radiator and Its Perfoamance
Variable and Fixed Emittance Radiator on STEP Cube Lab.
가변방사율 라디에이터
(Variable Emittance Radiator)

 

가변방사율 라디에이터 개요

가변방사율 라디에이터(한국과학기술원 기계공학과 나노 열전달 연구실 개발)는 형상과 온도 조건에 따라 방사율이 스스로 변화하는 소재의 특성을 이용하여 효율적인 열제어가 가능한 수동형 열제어기이다.

 

가변방사율 라디에이터는 종래의 기계적 제어방식을 활용하는 기존의 가변방사율 라디에이터는 발사환경에서의 취약함이 존재하고, 소형위성에 탑재하기에는 부피와 무게 증가 및 추가적인 구동 전력의 위험성이 존재한다. 그러나 소재특성을 활용한 본 가변방사율 라디에이터 적용 시 상기의 위험성을 극복 가능하다.

 

또한 방사율이 고정된 기존의 방열판과 달리 온도에 따라 방사율이 변화하는 소재 자체의 특성으로 인하여 저온 환경에서의 허용온도 범위 유지를 위한 히터전력소모를 최소화 또는 불필요로 하는 장점이 있다. 따라서, 본 STEP Cube Lab.으로 궤도검증 시 위성시스템의 단순화 및 전력버짓의 이득을 기대할 수 있다.

 

탑재체 검증 계획

위성에 동일 면적의 방사율이 고정된 기준 라디에이터와 함께 탑재하여 궤도 열환경에서 획득한 온도 데이터를 토대로 가변방사율 라디에이터의 열제어 성능을 비교.

상변화 물질
(Phase Change Material(PCM))

 

상변화 물질 개요

상변화 물질(한국산업기술대학교 기계공학과 제공)은 상변화과정에서의 열에너지를 축적하거나 방출하는 물리현상을 이용한 열제어 장치이며, 이를 이용하여 고온에서의 급격한 온도 상승 및 저온에서의 온도 저하를 방지할 수 있다.

 

즉, 고온 구간에서는 상변화 물질에 의해 열을 흡수 및 저장하여 온도 상승을 최소화할 수 있으며, 반대로 저온 구간에서는 저장된 열을 방출하여 온도 하강을 최소화 한다.

 

이와 같은 상변화 물질은 목표하는 온도제어 구간에 따라 적용 물질에 다소 차이가 있다. STEP Cube Lab.의 경우 궤도 상에서의 위성온도를 고려하여 녹는점이 9~10℃인 파라핀 계열의 펜타데칸(n-Pentadecane)을 이용하며, 알루미늄 용기 내에 주입 및 밀봉하게 된다.

 

탑재체 검증 계획

궤도 상에서 상변화 물질의 온도 데이터를 획득하여 열제어 성능을 확인하며, 경우에 따라서는 장착된 히터를 이용하여 고온 환경을 조성하는 방식으로도 상변화 물질의 성능을 검증.

PCM (Phase Change Material)
PCM on FM STEP Cube Lab.
Temp. Control Performance of PCM
광주광역시 동구 필문대로 309 조선대학교 항공우주공학과 우주기술융합연구실
 
Tel: 062-230-7728, Fax: 062-230-7186, E-mail : ohu129@chosun.ac.kr
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