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시험용 달 궤도선의 추진계 압력 제어 장치용 복사 히터 설계를 위한 열 해석
장병관(Byung-Kwan Jang),이장준(Jang-Joon Lee),김선훈(Sun-Hoon Kim),원수희(Su-Hee Won) 대한기계학회 2019 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2019 No.11
A radiant heater is applied to the thermal design on the PCA (Pressure Control Assembly) of the propulsion system in KPLO (Korea Pathfinder Lunar Orbiter) unlike the conventional thermal design of the propulsion system. KARI (Korea Aerospace Research Institutue) has plans to validate the radiant heater design by thermal analysis and thermal vacuum test. First, we created a thermal model simulating the vacuum test situation and carried out the heater design processes using the numerical analysis in this paper. The heater designed through this analysis met the temperature requirements of the PCA and the stability of the heater. In addition, this heater was integrated into the system thermal model to perform thermal analysis in Earth-Moon transfer orbit. And we have confirmed that the temperature of all components in the PCA is within the allowable temperature range. These analysis results will be compared with the future test results to finally determine the heater design.
열 해석을 이용한 달 궤도선의 추진계 압력 제어 장치 복사 히터 설계
장병관(Byung-kwan Jang),이장준(Jang-joon Lee),김선훈(Sun-hoon Kim),원수희(Su-hee Won) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集B Vol.44 No.6
한국형 시험용 달 궤도선의 추진계 압력 제어 장치에는 접착형 히터를 사용했던 기존의 열 설계와 다르게 복사 히터가 적용된다. 한국항공우주연구원은 복사 히터 열 설계를 열 해석과 열 진공 시험으로 검증할 계획을 가지고 있다. 먼저 본 논문에서는 열 진공 시험을 모사하는 모델을 생성하고 수치해석을 통해 복사 히터를 설계했다. 이 해석을 통해 설계된 히터는 설계 허용치를 만족했고 히터의 안정적인 열 공급으로 인해 압력 제어 장치의 부품들은 온도 요구 조건을 만족할 수 있었다. 그리고 이 히터 모델을 궤도선 열 모델에 통합하여 지구-달 천이 궤도 열 해석을 수행했다. 그 결과 압력 제어 장치의 모든 부품들의 온도가 허용 온도 범위에 들어오는 것을 확인했다. 이 해석 결과를 추후 진행될 열진공 시험에서의 시험 결과와 비교하여 최종적으로 히터 설계를 결정할 것이다. A customized radiant heater was applied to the thermal design of the pressure control assembly (PCA) of the propulsion system in the Korea Pathfinder Lunar Orbiter, unlike the previous conventional thermal design in which a patch heater was used. The Korea Aerospace Research Institute proposed to validate the radiant heater design via thermal analysis and a thermal vacuum test. First, we created a model simulating the vacuum test situation and conducted the heater design processes using the numerical analysis presented in this paper. The heater designed through this analysis met the temperature and stability requirements of the PCA. In addition, this heater was integrated into the system’s thermal model to perform a thermal analysis in the Earth-Moon transfer orbit. Consequently, we confirmed that the temperature of all components in the PCA was within the allowable range. These analysis results will be compared with future test results to finalize the heater design.
장병관(Byung-Kwan Jang),이장준(Jang-Joon Lee),현범석(Bum-Seok Hyun) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.12
한국항공우주연구원은 달 탐사 프로젝트 1단계로 시험용 달 궤도선을 2020년 12월에 발사할 계획이다. 시험용 궤도선은 본 궤도선과 착륙선을 발사하기 이전에 미리 달 탐사 기술 확보 및 과학 데이터를 획득하기 위해 발사된다. 본 논문은 궤도선의 열설계 검증에 관한 내용을 기술하고 있다. 달 궤도선은 달의 많은 적외선 복사 때문에 지구 저궤도 위성보다 극한의 열 환경에 노출된다. 따라서 이를 고려한 열설계를 하여 궤도선 탑재 장비들의 온도를 모든 궤도에서 허용온도 범위 내로 유지해야 한다. 이를 위해 달 궤도선 열설계 검증에 필요한 지구-달 전이 궤도, 달 임무 궤도, 월식 기간에 대한 열해석을 수행하였으며, 해석 결과를 바탕으로 궤도선의 열설계가 설계 요구조건을 만족하는 것을 확인할 수 있었다. KARI plans to launch Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO) to the Moon by December 2020 for the first step of the Korea Lunar Exploration Project. This orbiter will be launched to obtain lunar exploration technologies and science data in advance before launching a main orbiter and a lunar probe. This paper describes the verification of thermal design for the orbiter. It is exposed to more extreme thermal environment than that of low Earth orbit satellite due to the heavy infrared emission of the Moon. Accordingly, a thermal design considering this environment is needed to maintain the temperature of payloads and components equipped in the orbiter within operating temperature range in all orbits. We performed the thermal analysis for Earth-Moon transfer orbit, lunar mission orbit and lunar eclipse required for thermal design verification of the lunar orbiter. As a result, this thermal design met the design requirements.