KR100311736B1 - 인공위성제어용모멘텀휠조립체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인공위성의 자세제어를 행하기 위해 이용되는 것으로서, 인공위성의 자세제어를 용이하게 신뢰성이 높게 행할 수 있으면서도 일부부품의 고장시에도 위성의 제어를 안정적으로 행할 수 있게 하는 모멘텀 휠 조립체를 제공하려는 것이며, 그러한 모멘텀 휠 조립체는 궤도의 수직한 방향의 피치축과 지구중심방향의 요축 및 궤도 진행방향의 롤축의 둘레로 각각 회전하게 배치된 세 개의 기본 모멘텀 휠(20, 22, 24) 및, 상기 삼축 중 하나의 둘레로 회전하게 배치된 부가적인 예비 모멘텀 휠을 포함한다.
Description
본 발명은 인공위성제어용 모멘텀 휠 조립체(Momentum Wheel Assembly)에 관한 것이며, 특히, 인공위성의 제어도 및 신뢰도를 향상시키며, 기계 구조의 단순화를 가져 올 수 있는 모멘텀 휠 조립체에 관한 것이다.
일반적으로, 인공위성이 발사되어 위성의 운용궤도에 진입했을 때, 위성의 안테나 또는 카메라 등의 탑재체가 정확한 방향으로 지향되어야하며, 태양전지는 태양의 방향으로 향하도록 위성의 자세제어가 이루어진다.
또한, 인공위성이 운행하는 도중에, 태양방사 압력, 미소 대기 영향 등으로 인하여 인공위성의 자세가 불안정해진 것을 조절할 필요가 있다.
이와 같이 위성의 불안정한 자세를 조절하여 정확한 방향의 위치를 잡는 자세 안정 제어법 중에는 동체 고정 안정법이 있으며, 이런 동체 고정 안정법은 모멘텀 휠을 이용하여 위성이 안정된 자세를 유지하도록 하는 것이다.
한편, 인공위성의 자세제어를 위한 제어량의 계산은 일반적으로 인공위성의 궤도의 수직한 방향의 피치(Pitch)축과 지구중심방향의 요(Yaw)축 및 궤도 진행방향의 롤(Roll)축으로 구분되는 3개의 기준축으로 구성되는 좌표계상에서 행해진다.
종래의 인공위성제어용 모멘텀 휠 조립체 중의 대표적인 것으로는 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 모멘텀 휠 조립체가 있다.
도 1에는 용량이 큰 한 개의 모멘텀 휠(40)만으로 구성된 인공위성제어용 모멘텀 휠 조립체가 도시되어 있다.
이와 같은 한 개의 모멘텀 휠(40)만을 가지는 인공위성(10)은 피치축(Y)을 중심으로 회전하는 모멘텀 휠(40)을 회전시키면, 피치축이 XZ면과 정확한 수직을 이루어 피치축의 안정된 자세를 유지하게 된다.
이 때, 인공위성(10)의 제어는 모멘텀 휠(40)의 속도변화에 의해 발생되는반작용 토크(Reaction torque)에 의해 이루어진다.
그런데, 이러한 모멘텀 휠 조립체를 구비한 인공위성(10)에서는 피치축(Y)을 중심으로 회전하게 설치된 모멘텀 휠(40)을 회전시킴으로써 나타나는 자이로스코픽의 특성은 인공위성(10)의 피치축(Y)의 방향으로의 제어만 가능하게 할 뿐이며, 위성의 진행방향인 롤(Roll)축과 지구중심방향인 요(Yaw)축에서 생기는 오차는 수정되지 아니 한다.
이 오차값이 커져서 한계치에 달하면 추진기나 자기 토크 등의 보조장치를 이용해서 교정 한다.
이러한 인공위성은 운용이 제한적이며, 다양하고 복잡한 운용이 불가능하다.
도 2에는 또 다른 종래의 인공위성제어용 모멘텀 휠 조립체를 도시한 것으로서, 이러한 모멘텀 휠 조립체는 한 개의 예비 모멘텀 휠(30)과 세 개의 모멘텀 휠(20, 22, 24)을 포함한다.
이러한 세 개의 기본 모멘텀 휠(20, 22, 24)은 인공위성(10)의 롤축(X), 피치축(Y), 요축(Z)의 둘레로 회전하게 설치되어 인공위성(10)의 자세를 조정한다. 즉, 인공위성의 자세가 불안정해지면, 롤축(X), 피치축(Y), 요축(Z)의 둘레로 각각 회전하는 세 개의 기본 모멘텀 휠(20, 22, 24) 중의 적어도 하나 이상의 회전운동을 변화시키고, 그에 따른 반작용토크에 의해 인공위성(10)의 자세를 제어하는 삼축제어를 행하는 것이다.
한편, 하나의 예비 모멘텀 휠(30)은 롤축(X), 피치축(Z), 요축(Z)의 어느 것과도 평행하지 않는 제 4의 방향의 축의 둘레로 회전한다.
삼축에 형성된 각각의 기본 모멘텀 휠(20, 22, 24)이 회전하여 인공위성의 자세를 제어하던 중, 한 축을 중심으로 회전하는 한 모멘텀 휠에 고장이 발생하였을 경우, 고장난 축의 둘레로의 토크는 예비 모멘텀 휠(30)과 다른 두 축의 모멘텀휠의 회전에 의한 합력으로 얻어진다.
이러한 모멘텀 휠 조립체를 가지고 있는 인공위성(10)에서는 세 개의 기본모멘텀 휠(20, 22, 24) 중의 어느 하나가 고장나더라도 인공위성(10)이 제어불능의 상태에 빠지지 않는 안정성을 확보할 수 있다.
그러나, 이러한 제어에는 복잡하고 많은 계산량이 요구되므로, 많은 시간이 소요된다. 또한, 이러한 인공위성제어용 모멘텀 휠 조립체는 기계적으로 정밀한 가공이 요구된다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인공위성의 자세제어를 용이하게 신뢰성이 높게 행할 수 있으면서도 일부부품의 고장시에도 위성의 제어를 안정적으로 행할 수 있게 하는 모멘텀 휠 조립체를 제공하려는 것이다.
도 1은 종래 기술의 한 예에 따른 모멘텀 휠 조립체를 포함하는 인공위성의 개략도이고,
도 2는 종래 기술의 다른 예에 따른 모멘텀 휠 조립체를 포함하는 인공위성의 개략도이며,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 모멘텀 휠 조립체를 포함하는 인공위성의 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 인공위성 20, 22, 24 : 기본 모멘텀 휠
30 : 예비 모멘텀 휠 40 : 모멘텀 휠
X : 롤축 Y : 피치축
Z : 요축
위와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따르면, 궤도의 수직한 방향의 피치축과 지구중심방향의 요축 및 궤도 진행방향의 롤축의 둘레로 각각 회전하게 배치된 세 개의 기본 모멘텀 휠 및, 상기 삼축 중 하나의 둘레로 회전하게 배치된 부가적인 예비 모멘텀 휠을 포함하는 인공위성제어용 모멘텀 휠 조립체가 제공된다.
아래에서, 본 발명에 따른 인공위성제어용 모멘텀 휠 조립체의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 3에는 본 발명의 한 실시예에 따른 인공위성제어용 모멘텀 휠 조립체가 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예에서는 인공위성제어용 모멘텀 휠 조립체가 롤축(X)과 피치축(Y) 및 요축(Z)으로 이루어지는 삼축의 각각의 둘레로 회전하게 배치된 세 개의 기본 모멘텀 휠(20, 22, 24) 및 피치축(Y)과 평행한 축의 둘레로 회전하게 배치된 부가적인 하나의 예비 모멘텀 휠(30)을 포함한다.
도 3에 보이듯이, 이 실시예에 따른 모멘텀 휠 조립체를 구비한 인공위성(10)에서는 정상상태에서는 세 개의 기본 모멘텀 휠(20, 22, 24)만으로 삼축제어를 한다.
이러한 인공위성(10)에서 피치축(Y)의 둘레로의 큰 토크가 요구되었을 때에는, 피치축(Y)의 둘레로 회전하게 설치된 기본 모멘텀 휠(22)과 피치축(Y)과 평행한 축을 중심으로 설치된 예비 모멘텀 휠(30)을 동시에 회전시킴으로써 양자의 토크의 합에 의한 큰 토크를 얻을 수 있다.
또한, 세 개의 기본 모멘텀 휠(20, 22, 24) 중에서 피치축 모멘텀 휠(22)이 고장났을 경우에는, 예비 모멘텀 휠(30) 및 롤축(X)과 요축(Z)의 둘레로 회전하는 모멘텀 휠(20, 24)에 의한 제로 바이어스 모멘텀 자세제어방식으로 인공위성의 자세를 제어하며, 롤축(X)과 요축(Z)의 둘레로 회전하는 모멘텀 휠(20, 24)의 고장시에는 피치축 모멘텀 휠(22)과 예비 모멘텀 휠(30)을 동시에 구동하여 한 개의 모멘텀 휠을 포함하는 인공위성에서의 제어방식인 바이어스 모멘텀 자세제어방식으로 인공위성의 자세를 제어한다.
위에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 인공위성제어용 모멘텀 휠 조립체에 의하면, 특정축의 제어 구동력을 최대화하여 해당축에 대한 회전속도를 최대로 할 수 있으며, 또한, 위성의 임무와 가장 밀접하게 관계된 축에 대한 예비 모멘텀 휠을 가지게 되므로 하나의 모멘텀 휠이 고장이 났을 경우 다른 모멘턴 휠 하나만으로 운용이 가능하므로 인공위성의 자세제어에 대한 높은 신뢰성 및 제어 구동력의 최대화를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 모멘텀 휠 조립체에 대해 양호한 실시예를 바탕으로 설명하였지만, 그러한 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이고 한정하기 위한 것은 아니다. 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
Claims (1)
- 인공위성(10)의 자세제어를 수행하기 위해 궤도의 수직한 방향의 피치축(Y축)과 지구중심방향의 요축(Z축) 및 궤도 진행방향의 롤축(X축)을 각각의 회전축으로 하는 3개의 기본 모멘텀 휠(22, 20, 24)을 구비하는 인공위성제어용 모멘텀 휠 조립체에 있어서,상기 피치축을 회전축으로 하는 예비 모멘텀 휠(30)을 포함하여, 상기 예비 모멘텀 휠(30)과 상기 피치축을 중심으로 회전하는 상기 기본 모멘텀 휠(22)이 각각 또는 동시에 회전하여 인공위성의 자세를 제어하는 것을 특징으로 하는 인공위성제어용 모멘텀 휠 조립체.
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