우주의학 탑재체의 발사진동 저감을 위한 다축 진동절연장치에 관한 연구 = (A) Study on a Muti-Axis Vibration Isolator for Launch Vibration Isolation of Space Biomedical Payloads

국문 초록 (Abstract)

최근 우주 환경에서의 우주의학 실험이 증가하고 있으며, 우주의학 임무 수행을 위한 탑재체 개발이 활발히 이루어지고 있다. 그러나 우주의학 임무를 수행하기 위해 개발된 탑재체의 상당수는 우주 환경에 대한 검증이 이루어지지 않은 부품을 적용하는 경우가 대다수이며, 이에 따라 임무의 신뢰성이 완전히 확보되지 않은 실정이다. 특히 위성은 발사 시 발생하는 극심한 진동하중으로 인해 탑재체 내부의 전자 부품, 정밀 광학계, 유체 시스템, 시료 등 진동에 취약한 부품에 파손을 유발할 수 있으며, 이는 위성 임무 실패로 이어질 수 있다. 따라서 탑재체의 임무 신뢰성을 보장하기 위해서는 발사 환경으로부터 탑재체 내부에 전달되는 발사 하중 저감을 위한 진동 저감 설계가 필수적이다. 본 연구에서는 발사환경에서 탑재체의 구조건전성 확보를 위해 경량화와 신뢰성에 장점이 있는 수동형 진동제어 방식에 주목하였으며, 다축 진동 저감 성능을 위해 선행연구에서 입증된 코일 스프링과 블레이드를 조합한 다축 진동절연장치를 제안하였다. 또한, 제안한 진동절연장치의 감쇠 성능 향상을 위해 초탄성 형상기억합금 소재 블레이드에 점탄성 테이프를 적용한 적층형 구조를 적용하였다. 상기 진동절연장치의 목표한 고유진동수 설계 및 구조건전성 확보 여부를 판단하기 위해 진동절연장치가 적용된 탑재체에 대한 유한요소모델을 구축하였으며, 모드해석, 준정적해석을 통해 설계유효성을 검토하였다. 진동절연장치의 발사진동 저감 성능을 검증하기 위해 인증레벨의 사인 및 랜덤 진동 시험을 수행하였으며, 강체조건의 해석 결과와의 가속도 응답 비교를 통해 진동 저감 성능을 평가하였다. LLSS(Low Level Sine Sweep) 테스트 결과를 기반으로 진동 시험 전후로 구조건전성이 확보됨을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제2장 연구 제안 배경 6
• 제3장 우주의학 탑재체용 다축 진동절연장치 9
• 3.1 우주의학 탑재체 개요 9
• 3.2 진동절연장치 설계 개요 16
• 3.3 다축 진동절연장치 유한요소해석 23
• 3.3.1 진동절연장치 유한요소해석 개요 23
• 3.3.2 모드해석 27
• 3.3.3 내부 케이스 1기압 정적해석 30
• 3.3.4 준정적해석 31
• 제4장 다축 진동절연장치 설계유효성 검증 33
• 4.1 발사 진동 환경시험 개요 33
• 4.2 정현파 진동시험 37
• 4.3 랜덤 진동시험 40
• 4.4 진동절연장치 발사진동 저감 성능 평가 44
• 제5장 결 론 45
• 참 고 문 헌 46
• ABSTRACT 50