탄성체를 이용한 오리가미 패턴 기반 자가 전개 형 태양 돛 설계

Abstract

국가 주도의 우주 산업이 민간 차원으로 확대되는 뉴스페이스 시대가 시작하면서 저 지구 궤도에서 운용되는 인공위성의 수가 증가하고 있다. 특히 초소형위성 중 1U 크기의 큐브샛은 기존 위성보다 저렴한 개발비용, 군집 운용 등 다양한 활용성을 가진 장점을 가지기에 민간 우주 회사 및 실험실 차원에서 개발 및 운영 중에 있다. 하지만 임무가 종료된 인공위성은 우주쓰레기로 전락해 다른 인공위성과의 충돌할 가능성이 생긴다. 이러한 우주쓰레기를 제거하는 방법 중 하나로 태양 돛을 이용한 궤도 이탈이 제시된다. 태양 돛이란 태양 빛에서 발생하는 복사압을 추진력으로 사용하는 방식으로 넓은 박막 구조를 필요로 한다. 또한 넓은 박막이 대기권의 마찰로 생기는 항력을 이용해 감속하는 방법으로도 사용할 수 있다. 다양한 나라에서 항성간 항해, 궤도 이탈을 목적으로 한 태양 돛 개발을 진행하고 있다. 대부분의 태양 돛은 말아서 보관하는 탄성 붐을 모터로 전개시켜 박막을 전개하는 방식을 사용한다. 하지만 모터와 같은 외부 구동기를 사용하면서 인공위성의 무게가 증가하고 전개 시스템이 복잡해지는 단점으로 작용한다. 본 연구에서는 1U 수납 부피에서 3.14 𝑚2로 대면적 전개가 가능한 플래셔 패턴 자가 전개 형 태양 돛은 설계하고 제작한다. 우주 환경 적합 재료로 제작한 태양 돛은 중력장에서 외각 처짐이 약 25 𝜇𝑚 발생하는 고강성의 모듈 구조물이며 다점 연결을 통해 안정적인 전개 및 강성 유지가 가능하다. 본 논문에서는 제작한 태양 돛의 수납 및 전개 실험에 대한 과정을 보여주고, 인공위성의 발사 환경 시험 및 우주 환경 시험에 대한 설명을 진행한다.