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표제지

국문초록

ABSTRACT

목차

I. 서론 19

1. 연구 배경 19

2. 연구 목적 23

3. 논문 구성 27

II. 열 및 구조 해석 28

1. 열 해석 28

1.1. 열전달 28

1.2. 우주 열 환경 31

1.3. 열 수치 해석 기법 33

2. 구조 해석 41

2.1. 발사 환경 및 하중의 종류 41

2.2. 6U CubeSat Design Specification 43

2.3. 안전계수 및 여유계수 44

III. 6U HiREV 초소형 위성 45

IV. 6U HiREV 구조 해석 48

1. 6U급 HiREV 구조 설계 48

1.1. 임무 탑재체 설계 48

1.2. HiREV 구조체 설계 50

2. 구조 해석 조건 56

2.1. HiREV 구조 모델 56

2.2. 경계 조건 58

3. 6U HiREV 구조 해석 결과 63

3.1. 가속도 하중 해석 결과 63

3.2. 모달 해석 결과 67

3.3. 랜덤 진동 해석 결과 69

4. 6U급 초소형 위성 구조체 설계 방향 제언 72

V. 6U HiREV 열 해석 87

1. 열 제어계 설계 87

1.1. 임무 탑재체 열 제어 설계 87

1.2. HiREV 위성 겉 표면 열 코팅 설계 90

2. 열 해석 조건 92

2.1. HiREV 열 모델 92

2.2. 궤도 조건 101

3. 임무 탑재체 열 설계 검증 해석 107

4. HiREV 열 해석 결과 110

4.1. 겉 표면의 Black Anodizing 적용 111

4.2. 겉 표면의 열 코팅 설계 적용 116

VI. 결론 121

참고문헌 124

표목차

〈표 2-1〉 발사 시퀀스에 따른 가속도 하중 및 랜덤 진동 하중의 발생 42

〈표 3-1〉 6U급 초소형 위성 HiREV 부품들의 질량 버짓 46

〈표 4-1〉 6U급 HiREV 구조모델에 사용된 재료 물성치 57

〈표 4-2〉 각 축에 대한 변위 고정 경계조건 61

〈표 4-3〉 Generalized Random Vibration Test Levels Components for... 62

〈표 4-4〉 HiREV 구조체의 3축에 대한 가속도 하중 해석 결과 67

〈표 4-5〉 HiREV 구조체의 고유 진동수 해석 결과 68

〈표 4-6〉 HiREV 구조체의 3축에 대한 랜덤 진동 하중 해석 결과 69

〈표 4-7〉 ISIS 초소형 위성 구조체의 크기에 따른 가속도 하중 해석에 대한 최대 응력 및 최대 변형량... 74

〈표 4-8〉 제조사별 6U급 초소형 위성 구조체의 가속도 하중 해석에 대한 최대 응력 및 최대 변형량... 74

〈표 4-9〉 해외 및 국내의 다양한 초소형 위성들에 대한 구조 해석 결과 비교(Variable acceleration loads) 75

〈표 5-1〉 온도에 대한 GSD(Groung Sample Distance) 및 해상도 89

〈표 5-2〉 CATIA 모델과 Thermal Desktop 열 모델의 열용량 비교 96

〈표 5-3〉 6U급 초소형 위성 HiREV 서브시스템별 부품의 허용온도범위 97

〈표 5-4〉 HiREV 열 모델의 열물리적 물성치(Thermophysical Property) 99

〈표 5-5〉 HiREV 열 모델의 광학 물성치(Optical Properties) 100

〈표 5-6〉 Worst Hot Case(Mission... 102

〈표 5-7〉 Worst Cold Orbit(Mission... 104

〈표 5-8〉 Worst Cold Case(Safe... 106

〈표 5-9〉 Case별 임무 탑재체 광학 카메라의 열 설계 입증을 위한 해석 결과 109

그림목차

〈그림 1-1〉 초소형 위성의 크기에 따른 구조체 종류 19

〈그림 1-2〉 6U급 초소형 위성의 발사 현황 20

〈그림 1-3〉 유전자 알고리즘을 이용한 최적 면적 결정을 통한 위성 겉 표면... 24

〈그림 1-4〉 6U급 초소형 위성 겉 표면의 Louver 수동 열 제어 시스템 설계 25

〈그림 1-5〉 6U급 초소형 위성 겉 표면의 Radiator 및 Black Anodizing 수... 25

〈그림 1-6〉 6U급 초소형 위성 EQUULEUS의 겉 표면 MLI 수동 열 제어 설계 25

〈그림 1-7〉 논문 구성 27

〈그림 2-1〉 전도 열 전달(Conduction Heat Transfer) 29

〈그림 2-2〉 복사 열 전달(Radiation Heat Transfer) 31

〈그림 2-3〉 초소형 위성의 우주 열 환경 31

〈그림 2-4〉 Nodalization 33

〈그림 2-5〉 Conduction Conductor 35

〈그림 2-6〉 Face conductor 36

〈그림 2-7〉 Radiation Conductor 37

〈그림 2-8〉 한국형 발사체 KSLV-2 발사 시퀀스 41

〈그림 2-9〉 6U CubeSat Design Specification 43

〈그림 2-10〉 6U급 초소형 위성을 위한 P-POD 구조체 44

〈그림 3-1〉 6U급 초소형 위성 HiREV 실제 개발 형상 45

〈그림 3-2〉 6U급 초소형 위성 HiREV의 CATIA 모델 47

〈그림 4-1〉 삼양옵틱스사 90mm 망원렌즈(왼쪽) 및 ImperX사 B3420... 49

〈그림 4-2〉 AL6061-T6 90mm 망원렌즈와 AL7075-T6 구조체의... 49

〈그림 4-3〉 초소형 위성을 위한 ISIS 6U급 구조체 50

〈그림 4-4〉 초소형 위성을 위한 PUMPKIN SUPERNOVA 6U급 구조체 51

〈그림 4-5〉 초소형 위성을 위한 6U GOMSpace 구조체 51

〈그림 4-6〉 임무 탑재체 광학 카메라의 탑재를 위해 변형된 6U HiERV 구조체 53

〈그림 4-7〉 조리개의 시야를 확보하기 위한 Bridge 구조체의 변형 개념도 54

〈그림 4-8〉 카메라 모듈 고정 구조체 및 카메라 렌즈지지 구조체 54

〈그림 4-9〉 Reaction wheel을 고정하기 위한 Bridge 구조체 형상의 변형 55

〈그림 4-10〉 HiREV 구조 모델의 요소망 생성 56

〈그림 4-11〉 HiREV 구조 모델의 요소망 생성(내부 형상) 57

〈그림 4-12〉 HiREV 구조 모델에 적용된 집중질량 조건 59

〈그림 4-13〉 집중질량 조건이 적용된 Stack Frame 59

〈그림 4-14〉 HiREV 구조 모델에서의 변위 고정 경계조건 60

〈그림 4-15〉 NASA Acceleration Density Spectrum Graph 62

〈그림 4-16〉 X축 방향으로 가해진 가속도 하중에 대한 최대 응력... 64

〈그림 4-17〉 X축 방향으로 가해진 가속도 하중에 대한 최대 변형량(Total... 64

〈그림 4-18〉 Y축 방향으로 가해진 가속도 하중에 대한 최대 응력... 65

〈그림 4-19〉 Y축 방향으로 가해진 가속도 하중에 대한 최대 변형량(Total... 65

〈그림 4-20〉 Z축 방향으로 가해진 가속도 하중에 대한 최대 응력... 66

〈그림 4-21〉 Z축 방향으로 가해진 가속도 하중에 대한 최대 변형량(Total... 66

〈그림 4-22〉 HiREV 구조체의 모드 형상 결과 68

〈그림 4-23〉 X축 방향으로 가해진 랜덤 진동 하중에 대한 최대 응력... 70

〈그림 4-24〉 Y축 방향으로 가해진 랜덤 진동 하중에 대한 최대 응력... 70

〈그림 4-25〉 Z축 방향으로 가해진 랜덤 진동 하중에 대한 최대 응력... 71

〈그림 4-26〉 ISIS 1U 구조체의 경계 조건 76

〈그림 4-27〉 ISIS 1U 구조체의 모달 해석 76

〈그림 4-28〉 ISIS 1U 구조체의 Y축 방향가속도 하중에 대한 최대 응력 해석 77

〈그림 4-29〉 ISIS 1U 구조체의 Y축 방향가속도 하중에 대한 최대 변형량 해석 77

〈그림 4-30〉 ISIS 3U 구조체의 경계 조건 78

〈그림 4-31〉 ISIS 3U 구조체의 모달 해석 78

〈그림 4-32〉 ISIS 3U 구조체의 Y축 방향가속도 하중에 대한 최대 응력 해석 79

〈그림 4-33〉 ISIS 3U 구조체의 Y축 방향가속도 하중에 대한 최대 변형량 해석 79

〈그림 4-34〉 ISIS 6U 구조체의 경계 조건 80

〈그림 4-35〉 ISIS 6U 구조체의 모달 해석 80

〈그림 4-36〉 ISIS 6U 구조체의 Z축 방향가속도 하중에 대한 최대 응력 해석 81

〈그림 4-37〉 ISIS 6U 구조체의 Z축 방향가속도 하중에 대한 최대 변형량 해석 81

〈그림 4-38〉 GOMSpace 6U 구조체의 경계 조건 82

〈그림 4-39〉 GOMSpace 6U 구조체의 모달 해석 82

〈그림 4-40〉 GOMSpace 1U 구조체의 Z축 방향가속도 하중에 대한 최대 응력 해석 83

〈그림 4-41〉 GOMSpace 1U 구조체의 Z축 방향가속도 하중에 대한 최대 변형량 해석 83

〈그림 4-42〉 PUMPKIN 6U 구조체의 경계 조건 84

〈그림 4-43〉 PUMPKIN 6U 구조체의 모달 해석 84

〈그림 4-44〉 PUMPKIN 6U 구조체의 Z축 방향가속도 하중에 대한 최대 응력 해석 85

〈그림 4-45〉 PUMPKIN 6U 구조체의 Z축 방향가속도 하중에 대한 최대 변형량 해석 85

〈그림 4-46〉 NASA 6U Structure "Open Book" Design 86

〈그림 5-1〉 임무 카메라 탑재체의 수동 열 제어 설계(빨간 표시 : 임무 탑재... 88

〈그림 5-2〉 온도에 대한 지상 표본 거리(Ground Sample Distance) 그래프 89

〈그림 5-3〉 MLI 및 인공위성의 MLI 적용 사례 91

〈그림 5-4〉 HiREV 초소형 위성 겉 표면의 Black Anodizing 열 설계 91

〈그림 5-5〉 HiREV 초소형 위성의 겉 표면의 MLI 열 코팅 설계(빨간색 박스... 91

〈그림 5-6〉 Thermal Desktop을 이용한 6U HiREV 초소형 위성의 열 모델 93

〈그림 5-7〉 6U HiREV 초소형 위성 열 모델의 부품 배치 구성 93

〈그림 5-8〉 Thermal Desktop 프로그램 상에서의 Conductor(Left) and... 95

〈그림 5-9〉 Power Consumption of Worst Hot/Cold Case(Mission Mode) 98

〈그림 5-10〉 Power Consumption of Worst Cold Case(Safe Hold Mode) 98

〈그림 5-11〉 Worst Hot Orbit(Mission Mode) 102

〈그림 5-12〉 Worst Hot Orbit... 102

〈그림 5-13〉 Worst Cold Orbit(Mission Mode) 104

〈그림 5-14〉 Worst Cold Orbit... 104

〈그림 5-15〉 Worst Cold Orbit(Safe Hold Mode) 105

〈그림 5-16〉 Worst Cold Orbit... 106

〈그림 5-17〉 Case 별 임무 탑재체 광학 카메라의 열 설계 107

〈그림 5-18〉 Case 별 임무 탑재체 광학 카메라의 열 설계 입증을 위한 해석 결과 108

〈그림 5-19〉 Worst Hot Orbit(Mission Mode)에서 Black Anodizing 처리 된 HiREV 초소형 위성의 온도 분포 해석 결과 112

〈그림 5-20〉 Worst Hot Orbit(Mission Mode)에서 Black Anodizing 처리 된 HiREV 초소형 위성의 온도 해석 결과 112

〈그림 5-21〉 Worst Cold Orbit(Mission Mode) Black Anodizing 처리된... 114

〈그림 5-22〉 Worst Cold Orbit(Mission Mode)에서 Black Anodizing 처리... 114

〈그림 5-23〉 Worst Cold Orbit(Safe Hold Mode)에서 Black Anodizing 처리된 HiREV 초소형 위성의 온도 분포 해석 결과 115

〈그림 5-24〉 Worst Cold Orbit(Safe Hold Mode)에서 Black Anodizing 처리된 HiREV 초소형 위성의 온도 해석 결과 115

〈그림 5-25〉 Worst Hot Orbit(Mission Mode)에서 MLI 열 코팅 처리된 HiREV 초소형 위성의 온도 분포 해석 결과 117

〈그림 5-26〉 Worst Hot Orbit(Mission Mode)에서 MLI 열 코팅 처리된 HiREV 초소형 위성의 온도 해석 결과 117

〈그림 5-27〉 Worst Cold Orbit(Mission Mode)에서 MLI 열 코팅 처리된 HiREV 초소형 위성의 온도 분포 해석 결과 118

〈그림 5-28〉 Worst Cold Orbit(Mission Mode)에서 MLI 열 코팅 처리된 HiREV 초소형 위성의 온도 해석 결과 118

〈그림 5-29〉 Worst Cold Orbit(Safe Hold Mode)에서 MLI 열 코팅 처리된 HiREV 초소형 위성의 온도 해석 결과 120

〈그림 5-30〉 Worst Cold Orbit(Safe Hold Mode)에서 MLI 열 코팅 처리된 HiREV 초소형 위성의 온도 해석 결과 120

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