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정원영(W.-Y. Jeong),정순필(S.-P. Jung),김재경(J.-K. Kim),박용민(Y.-M. Park),조규진(K.-J. Cho) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
본 논문에서는 종이접기 패턴을 이용하여 태양 돛 시스템의 돛대인 붐 구조를 보다 가볍고 견고하게 디자인하였습니다. 링크는 단단한 레이어로 유연한 레이어를 위아래로 감싸 구성했으며, 조인트는 유연한 레이어만으로 구성하여 기계적인 부품없이 접을 수 있는 얇은 구조(0.7 mm)를 구현하였습니다. 이를 압축률이 높은 사러스 링키지(Sarrus Linkage) 패턴에 적용하여 모듈을 설계하고, 이를 연결하여 긴 붐 구조를 제작하였습니다. 이 붐 구조는 10 cm 이하로 압축되어, 1 m 로 전개됩니다. 좌굴 힘을 더 버틸 수 있도록 설계된 특수한 날개를 연결하면 전개 후 좌굴 힘이 자중의 약 86 배로 매우 커집니다. 모터를 이용하지 않고 탄성체의 힘만으로 자가 전개를 시킨다면, 전체 태양 돛 시스템의 부피와 질량을 최소화할 수 있습니다. HRM (Holding & Releasing Mechanism) 방식을 적용하여, 압축된 붐 구조를 나일론선으로 고정하고, 니크롬선을 통해 열을 가해 나일론 선이 끊어지면서 자가 전개가 되도록 설계하였습니다. 이러한 붐 구조 4 개를 십자가 형태로 배치하고, 사이에 미우라-오리(Miura-ori) 패턴의 돛을 연결하면 전체 태양 돛 시스템을 구성할 수 있습니다. 우주 환경에서는 저항이 없기 때문에 광압에 의한 미세한 돛의 진동도 돛대와 공진한다면 시스템의 파괴로 이어질 수 있습니다. 이 태양 돛 시스템은 다른 태양 돛 시스템보다 가볍고 높은 고유 진동수를 가지기 때문에 동일한 복사 압력에서 파괴되지 않고 안정적으로 더 많은 가속을 받을 수 있습니다.